Виды пожаров. Экологические и техногенные чрезвычайные ситуации
Процессы теплообмена на пожаре, модель динамики. Показатели пожарной опасности веществ и материалов. Представления о теории взрыва. Чрезвычайные ситуации экологического характера. Инфекционные заболевания людей, сельскохозяйственных животных и растений.
Рубрика | Безопасность жизнедеятельности и охрана труда |
Вид | курс лекций |
Язык | русский |
Дата добавления | 04.05.2012 |
Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
· иметь низкую температуру кипения, чтобы при малых температурах разлагаться, легко переходить в парообразное состояние;
· иметь низкую термическую стойкость, т.е. при малых температурах разлагаться на составляющие их атомы и радикалы;
· продукты термического распада огнетушащих веществ должны активно вступать в реакцию с активными центрами.
Этим требованиям отвечают галогенсодержащие углеводороды - особо активные вещества, оказывающие ингибирующее действие, т.е. тормозящие химическую реакцию горения. Однако в отношении этих веществ следует напомнить общие требования к огнетушащим веществам и особенно на такое, как токсичность. Наиболее широкое применение нашли составы содержащие бром и фтор. Галогенсодержащие углеводороды и огнетушащие составы на их основе имеют высокую огнетушащую способность при сравнительно небольших расходах.
Причем, прекращение горения достигается именно химическим путем, что подтверждается опытами. Если для прекращения горения разбавлением необходимо снизить концентрацию кислорода, то в данном случае она остается в пределах 20-20,6%, что явно достаточно для протекания реакции окисления.
Исследованиями последних лет установлено, что огнетушащие порошки, которые подаются в горящие объемы в виде аэрозоля (т.е. порошки не покрывают горящую поверхность, а облако из него окружает зону горения), прекращают горение также путем химического торможения.
Соли металлов, содержащиеся в порошке, вступают в реакцию с активными центрами. Соли металла в зоне реакции нагреваются до высокой температуры и переходят в жидкое состояние (возможно, частично испаряются). Остальная часть молекулы соли разлагается с образованием либо металла, либо окиси или гидрата металла.
Бромистый метилен CH2Br2-жидкость плотностью 1732 кг/м3, плотность пo воздуху примерно 60; температура замерзания - 52,5°С, температура кипения 98°С, из 1 л жидкости получается около 350 л пара. Он хорошо смешивается с бромистым этилом и растворяет углекислоту.
Бромистый этил С2Н5Вг - ЛВЖ с характерным запахом; плотность 1455 кг/м3, плотность по воздуху примерно 4; температура замерзания - 199°С, (температура кипения +38.4°С. При объемной доле 6,5-11,3% в воздухе способен воспламеняться от мощного источника зажигания, поэтому в чистом виде не применяется. Из 1 л жидкости при испарении получается 400 л пара. Бромистый этил не проводит ток, плохо растворим в воде и образует с ней эмульсию, обладает высокими коррозионными свойствами, особенно по отношению к алюминиевым сплавам.
Однако из-за высоких огнетушащих свойств он входит как основной компонент в огнетушащие составы, такие, как 3,5,4НД, БФ-1 и 2БМ. Бромистый этил обладает хорошей смачивающей способностью, составы на его основе можно использовать для тушения древесины, органических жидкостей, хлопка и других волокнистых материалов.
Тетрафтордибромэтан C2F4Br2 - жидкость плотностью 2175 кг/м3, температура замерзания - 112°С, температура кипения +46,4°С, из 1 л жидкости получается около 254 л пара, который почти в 9 раз тяжелее воздуха (плотность по воздуху 8,96), токсичность и коррозионные свойства его паров значительно ниже, чем у паров бромистого этила.
На основе галогенсодержащий углеводородов и углекислоты разработаны огнетушащие составы. Составы обладают свойствами компонентов их составляющих. Например, состав ТФ - это чистый тетрафтордибромэтан, или, как его нередко называют, фреон 114В2 или хладон. Состав 3,5 в 3,5 раза эффективнее диоксида углерода (отсюда и название состава). При нормальных условиях из 1 кг состава 3,5 образуется 144 л паров бромистого углерода. При тушении состав выбрасывается из насадки в виде распыленной струи жидкости, которая быстро испаряется. На открытых пожарах струя подается в зону горения на поверхность горящего материала; при тушении внутренних пожаров - в объем помещения.
Состав 7 по своим свойствам ближе к бромистому метилену. Из 1 л состава образуется 430,2 л паров (342,3 л бромистого метилена и 80,9 л бромистого этила).
Состав 4НД по свойствам почти не отличается от бромистого этила. Небольшое количество углекислоты вводится в качестве флегматизатора и для лучшего распыления.
Водо-бромэтиловая эмульсия состоит из 90% воды и 10% по массе бромистого этила. Для ее получения не требуется никаких дополнительных устройств. В бачок для пенообразователя заливается бромистый этил. С помощью стационарного пеносмесителя он вводится в воду, эмульсия подается через обычные стволы-распылители. Капли эмульсии, подаваемые в очаг, пожара, имеют следующее строение-капелька бромэтила снаружи имеет водяную оболочку. Достигая зоны горения или попадая в нее, из-за низкой температуры кипения бромистый этил превращается в пар, разрывая при этом капли воды, делая воду мелкодисперсной. Горение прекращается как за счет разбавления горючих паров и газов водяным паром (мелкодисперсная вода почти полностью испаряется в зоне горения), так и химическим торможением реакции окисления. Время тушения эмульсией в 7-10 раз меньше по сравнению с водой, подаваемой из того же ствола-распылителя.
Галогенсодержащие углеводороды эффективнее инертных газов. Например, тетрафтордибромэтан более чем в 10 раз эффективнее диоксида углерода и почти в 20 - водяного пара. Благодаря высокой плотности паров и жидкостей возможна подача их в очаг пожаров в виде струй, проникновение капель в зону горения, а также удержание огнетушащих паров у очага горения. Галогенсодержащие углеводороды и огнетушащие составы на их основе имеют низкую температуру замерзания, поэтому они могут быть эффективно применены в условиях низких температур, однако по экологическим условиям производство галогенсодержащих углеводородов сокращается. Вопросы для самоконтроля
1. Сформулируйте первый закон Коновалова
2. Перечислите виды горения.
3. Назовите зоны горения, дайте их характеристику.
4. Что такое диффузионное горение?
5. Чем определяется скорость горения при диффузионном горении?
6. Что такое кинетическое горение?
7. Дайте понятие самовоспламенения веществ.
8. Дайте характеристику основным огнетушащим средствам.
Глава 2. Показатели пожарной опасности веществ и материалов
Большинство применяемых в промышленности жидкостей являются пожароопасными. Они горят на воздухе, а при определенных условиях (на пожаре) процесс горения сопровождается вскипанием или выбросам горящей жидкости. Пары жидкости с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси.
Для обеспечения пожарной безопасности технологического процесса, связанного с обращением жидкостей, необходимо знать показатели их пожарной опасности: температуру вспышки и воспламенения, температурные и концентрационные пределы воспламенения, скорость горения.
Деляющегося газа и исходного вещества. Например, диметилбериллий Ве (СН3) 2, взаимодействуя с водой, образует метан.
Ве (СН3) 2+ 2Н2О = Ве (ОН) 2 = 2СН4.
При взаимодействии диэтилмагния Мg (С2Н5) 2 с водой образуете, этан:
Мg (С2Н5) 2 + Н20 = МgО + 2С2Н6.
Сеcквихлоридалюминий (смесь диэтилалюминийхлорида (С2Н5) 2АlCl с этилалюминийдихлоридом С2Н5А1С12) при взаимодействии с водой, кислотами и спиртами взрывается.
Силициды металлов (Мg2Si, Fе2Si др.) при действии воды выделяют силан (водородистый кремний) самовозгорающийся на воздухе:
Mg2Si+ 4H2О = 2Mg (OH) 2+ SiH4 +646,5 кДж;
SiH4+ 2O2 = SiO2 + 2H2O+1517,6 кДж.
Перекиси щелочных металлов-лития, натрия, калия, стронция, бария и других взаимодействуют с водой без выделения горючих газов. Например, при взаимодействии перекиси натрия с водой образуется перекись водорода и гидрат оксида натрия:
Nа2O2 + 2Н2О = 2NаОН + Н2О2+73 кДж.
Однако три этом перекиси разрушаются, выделяя перекись водорода и значительное количество тепла. Перекись водорода - нестойкое соединение и распадается на воду и кислород. Горение может возникнуть, если перекиси смешаны или соприкасаются с горючими веществами.
Некоторые неорганические соединения (А1С1з, СаО и др.) при взаимодействии с водой сильно разогреваются.
Если на окись кальция попадает небольшое количество воды, то она разогревается до свечения и может поджечь соприкасающиеся горючие материалы. В практике строек были случаи пожара деревянных сараев, в которых хранилась негашеная известь, пожар возникал почти всегда во время дождя или таяния снега, когда вода попадала на негашеную известь.
2.1 Вещества, самовозгорающиеся при смешении их друг с другом
В эту подгруппу можно отнести газообразные, жидкие и твердые окислители: кислород, хлор, бром, фтор, уксусную кислоту, перекись водорода, перекиси щелочных и щелочноземельных металлов, соли азотной кислоты (КNОз, NаNО3, NН4NО3 и др.), марганцевокислый калий, хромовый ангидрид, хлораты, перхлораты, хлорную известь и др. Перечисленные окислители в контакте с органическими веществами вызывают их самовозгорание. Некоторые смеси окислителей с горючими веществами способны возгораться только при действии на них серной или азотной кислоты, либо при ударе и слабом нагревании. Сжатый кислород вызывает самовозгорание веществ (например, минерального масла), которые не воспламеняются без нагревания в кислороде при нормальном давлении.
Хлор, бром, фтор, йод чрезвычайно активно соединяются с рядом веществ, причем реакция сопровождается выделением большого количества тепла, в результате чего вещества самовозгораются.
Ацетилен, водород, метан и этилен в смеси с хлором самовозгораются на дневном свету или от света горящего магния. Если указанные газы присутствуют в момент выделения хлора из какого-либо вещества, самовозгорание их происходит даже в темноте.
Горение органических соединений в хлоре сопровождается выделение свободного углерода в виде копоти.
С2Н5ОС2Н5 + 4С12 = Н20 + 8НС1 + 4С + 750,4 кДж
Порошок сурьмы и медная фольга самовозгораются в хлоре при нормальной температуре. Хлор и другие галоиды нельзя хранить вместе с легковоспламеняющимися жидкостями. Известно, что скипидар самовозгорается в хлоре, будучи распределен
в каком-либо пористом веществе (бумага, тряпки, вата). Пары диэтилового эфира могут также самовозгораться в атмосфере хлора.
Щелочные металлы (натрий, калий и др.) самовозгораются атмосфере хлора:
Na + 0,5С12 = NаС1 + 411,9 кДж.
Красный фосфор, имеющий температуру самовоспламенении 513 - 533 К, моментально самовозгорается при соприкосновении с хлором или бромом.
Не только галоиды в свободном состоянии, но и соединении их крайне энергично вступают в реакцию с некоторыми металлами. Если поместить в пробирку с четыреххлористым этанолом СаНаСЦ металлический калий, произойдет взрыв:
Четыреххлористый углерод СН4 четырехбромистый углерод СВг4 взрываются при нагревании до 338 - 343 К со щелочными металлами. Треххлористый фосфор РС1з вызывает сильный разогрев при соприкосновении с влажными древесными опилками, этиловым спиртом и водой.
Азотная кислота - сильный окислитель. Разлагаясь, она выделяет кислород:
4НNO3 = 4NO2 + О2 + 2H2O
Эти свойства обусловливают ее способность вызывать самовозгорание ряда веществ. Растительные продукты (солома, лен, хлопок, древесные опилки и стружки) самовозгораются, если на них попадает концентрированная азотная кислота. Из горючих жидкостей при соприкосновении с азотной кислотой самовозгораются скипидар, этиловый спирт и некоторые другие.
Сероводород самовозгорается при контакте с дымящей азотной кислотой:
Н2S+2HNО3 = 2Ш2 + 2Н20 + 5+ 139,1 кДж.
Реакция сопровождается слабым взрывом.
Перекись водорода при концентрации 65% способна вызывать самовозгорание многих горючих веществ: бумаги, спиртов, опилок и др. Концентрированный раствор Н2О2 может взрываться от механических и других воздействий.
Перекиси щелочных и щелочноземельных металлов (лития, натрия, калия, стронция, бария и др.) вызывают самовозгорание некоторых органических веществ, когда имеется взаимный контакт. Другие органические вещества самовозгораются при контакте с перекисями после введения в смесь небольшого количества воды. Так, при контакте с перекисью натрия самовозгораются следующие горючие жидкости: метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый, изоамиловый, бензиловый спирты, этиленгликоль, диэтиловый эфир, анилин, окисленный скипидар и др.
Перекись натрия вызывает самовозгорание глицерина, скипидара (гидрохинона, металлических порошков (А1, Zn и др.), опилок и ряда других веществ, содержащих небольшое количество воды
[2Оз+1в66 кДж.
Вода разлагает перекись натрия с образованием перекиси водорода, распадающуюся с выделением атомарного кислорода, который в момент выделения окисляет вещество, вызывая горение. Сернистый газ так интенсивно реагирует с перекисью натрия, что она накаляется до свечения. При реакции разлетаются искры.
М пламени при реакции не образуется, накаленная реагирует масса может воспламенить близко расположенные горючие вещества.
Сильным окислителем является марганцевокислый калий КMnО4. Он вызывает самовозгорание жидких многоатомных спиртов, этиленгликоля, глицерина и др.
4КМnО4+аС3Н5 (ОН) 3 = 14МnО + 14КОН+ 15О2+ 13Н2О
Марганцевокислый калий в смеси с МНиМОз образует очень чувствительный к толчкам и повышению температуры взрывоопасный марганцевокислый аммоний NН4МnO4. Смеси КМnO4 с такими горючими веществами, как ацетилцеллюлоза, органическое стекло, полиэтилен, фенолформальдегидные смолы и др., самовозгораются от действия Н2SО4. Самовозгорание некоторых горючих веществ (пропилового, бутилового спиртов и др.) в смеси с КМпО4 возможно под действием серной кислоты концентрацией не ниже хромовый ангидрид как сильный окислитель вызывает самовозгорание следующих жидкостей: спиртов (метилового, этилового, бутилового, изобутилового, изоамилового), альдегидов (уксусного, масляного, бензойного, пропионового, паральдегида), эфиров бутилового, этилацетата, амилацетата, метилдиоксана, диметилоксана), кислот (уксусной, пеларгоновой, нитрилакриловой), рнов (ацетона и др.).
16СrОз + ЗСНзСОСН3 = 8Сг203 + 9СО2 + 9Н2О.
Рухая окись свинца может воспламенить сероводород, Первоначально при действии струи сероводорода на двуокись свинца происходит разогрев ее до свечения, после чего сероводород воспламеняется
2.2 Виды пожаров, их параметры
Пожар - комплекс физико-химических явлений, в основе которых лежат нестационарные (изменяющиеся во времени и пространстве) процессы горения, тепло - и массообмена. Пожаром считается неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.
Под очагом пожара понимают место (участок) наиболее интенсивного горения при трех основных условиях:
непрерывном поступлении окислителя (воздуха);
непрерывной подаче топлива (распространении горения);
непрерывном выделении теплоты, необходимой для поддержания процесса горения.
Нарушение хотя бы одного условия вызывает прекращение горения. Очаг пожара - понятие относительное. В начальной стадии очагом пожара может быть небольшой участок или предмет в помещении (первоначальный очаг). В процессе развития очагом пожара для здания может стать помещение, охваченное огнем.
Общая классификация пожаров
По условиям газообмена и теплообмена с окружающей средой все пожары разделяются на два обширных класса: на открытом пространстве (I класс) и в ограждениях (II класс).
Пожары (I класса) на открытом пространстве условно могут быть разделены на три вида:
· распространяющиеся,
· не распространяющиеся (локальные),
· массовые.
Распространяющимися (класса 1а) называются пожары с увеличивающимися размерами (ширина фронта, периметр, радиус, протяженность флангов пожара и т. д). Пожары на открытом пространстве распространяются в различных направлениях и с разной скоростью в зависимости от условий теплообмена, величины разрывов, размеров факела пламени, критических тепловых потоков, вызывающих возгорание материалов, направления и скорости ветра и других факторов.
Преобладающее направление распространения основного фронта пожара формируется в зависимости от распределения горючих материалов или объектов на площади, а также от направления и скорости ветра, т.е. от параметров окружающей среды. Границы пожара формируются в процессе его развития и зависят от перечисленных выше факторов. В этих условиях действуют метеорологические параметры. Так, например, из достаточно мощного очага горения огонь может распространяться в результате переброса искр и головней в сторону не горящих объектов по направлению ветра. Такой механизм характерен для крупных пожаров лесоскладов, в сельской местности, на открытых складах различных материалов, в районах старой городской застройки с узкими улицами.
Не распространяющимися (локальными) (класса 11) называются пожары, у которых размеры остаются неизменными. Локальный пожар представляет собой частный случай распространяющегося, когда возгорание окружающих пожар объектов от лучистой теплоты исключено.
На крупных складах нефти и нефтепродуктов пожар одного или группы резервуаров относится к виду не распространяющихся. Однако при определенных условиях пожары на нефтескладах перерастают в распространяющиеся. Распространение огня на соседние резервуары может происходить при выбросах горящих нефтепродуктов и деформациях металлических резервуаров.
Классификация пожаров по признаку распространения тесно связана со временем их развития
Массовый пожар может возникнуть на больших площадях складов твердых и жидких горючих материалов, в лесных массивах, сельских населенных пунктах и рабочих поселках, застроенных зданиями IV и V степени огнестойкости.
Массовый пожар (класса 1в) - это совокупность сплошных и отдельных пожаров в зданиях или открытых крупных складов различных горючих материалов.
Под отдельным пожаром подразумевают пожар, возникший в каком-либо отдельном объекте.
Под сплошным пожаром подразумевается одновременное интенсивное горение преобладающего числа объектов на данном участке. Сплошной пожар может быть распространяющимся и не распространяющимся. Преобладающее направление, по которому огонь распространяется с наибольшей скоростью, называется фронтом сплошного пожара. При усилении ветра от умеренного до очень сильного (18 - 20 м/с) скорость распространения фронта сплошного пожара увеличивается в два-три раза. Не распространяющийся сплошной пожар возникает в результате образования общей зоны газификации горючих материалов и конструкций горящих зданий и сооружений. В безветренную погоду или при слабом ветре отдельные пожары сливаются в единый гигантский турбулентный факел пламени с мощной конвективной колонкой.
Огневой шторм - особая форма не распространяющегося сплошного пожара. Характерные признаки его: восходящий поток продуктов сгорания и нагретого воздуха; приток свежего воздуха со всех сторон со скоростью не менее 50 км/ч по направлению к границам огневого шторма.
Пожары (II класса) в ограждениях различают двух видов: открытые и закрытые. Каждый вид подразделяется на группы в зависимости от помещений и горючих материалов.
Открытые пожары (класса 11а) развиваются при полностью или частично открытых проемах (ограниченная вентиляция). Они характеризуются высокой скоростью распространения горения с преобладающим направлением в сторону открытых, хотя бы и незначительно, проемов и перебрасывания через них факела пламени. Вследствие этого создается угроза перехода огня в верхние этажи и на соседние здания (сооружения). При открытых пожарах скорость выгорания материалов зависит от их физико-химических свойств, распределения в объеме помещения и условий газообмена.
Открытые пожары обычно подразделяют на две группы.
К первой группе относятся пожары в помещениях высотой до 6 м, в которых оконные проемы расположены на одном уровне и газообмен происходит в пределах высоты этих проемов через общий эквивалентный проем (жилые помещения, школы, больницы, административные и им подобные помещения).
Ко второй группе относятся пожары в помещениях высотой более 6 м, в которых проемы в ограждениях располагаются на разных уровнях, а расстояния между центрами приточных и вытяжных проемов могут быть весьма значительными. В таких помещениях и частях здания наблюдаются большие перепады давления по высоте и, следовательно, высокие скорости движения газовых потоков, а также скорость выгорания пожарной нагрузки. К таким помещениям относятся машинные и технологические залы промышленных зданий, зрительные и сценические комплексы театров и т.д.
Закрытые пожары (класса 11б) протекают при полностью закрытых проемах, когда газообмен осуществляется только вследствие инфильтрации воздуха и удаляющихся из зоны горения газов через неплотности в ограждениях, притворах дверей, оконных рам, при действующих системах естественной вытяжной вентиляции без организованного притока воздуха, а также в отсутствии систем вытяжной вентиляции. Экспериментально установлено, что при закрытых пожарах (в помещениях) скорость выгорания наиболее распространенных горючих материалов не зависит от их физико-химических свойств, распределения в объеме помещения и полностью лимитируется расходом воздуха, поступающего через щели и неплотности. Исключение составляют особо опасные кислородсодержащие горючие материалы (целлулоид, кинопленка на горючей основе, порох и др.), а также некоторые синтетические полимерные материалы, содержащие легколетучие компоненты. Скорость выгорания таких веществ и материалов очень высока и может протекать либо без доступа кислорода, либо при ограниченном доступе.
Закрытые пожары могут быть разделены на три группы:
в помещениях с остекленными оконными проемами (помещениях жилых и общественных зданий);
в помещениях с дверными проемами без остекления (склады, производственные помещения, гаражи и т.д.); в замкнутых объемах без оконных проемов (подвалах промышленных зданий, камерах холодильников, некоторых материальных складах, трюмах, элеваторах, бесфонарных зданиях промышленных предприятий).
В каждой группе пожарная нагрузка может быть сосредоточенной или рассредоточенной с различной высотой слоя и плотностью распределения материалов.
Процесс развития пожара можно разделить на три характерные фазы (рис.1). В I фазе происходит распространение горения, и огонь охватывает основную часть горючих материалов (не менее 80%).
Во II фазе после достижения максимальной скорости выгорания материалов пожар сопровождается активным пламенным горением с постоянной скоростью потери массы.
В III фазе скорость выгорания резко падает и происходит догорание тлеющих материалов и конструкций. Горение в каждом конкретном случае протекает при определенных условиях газообмена и распределения горючих материалов.
Пожарная нагрузка
Продолжительность пожара, а следовательно, время воздействия теплоты на строительные конструкции зданий и сооружений определяются по пожарной нагрузке.
Под пожарной нагрузкой понимают количество теплоты, отнесенное к единице поверхности пола, которое может выделиться в помещении или здании при пожаре.
Пожарную нагрузку Р, МДж/м2, определяют как сумму постоянной и временной пожарных нагрузок. В постоянную нагрузку включаются находящиеся в строительных конструкциях вещества и материалы, способные гореть.
Во временную пожарную нагрузку включаются вещества и материалы, обращающиеся в производстве, в том числе технологическое и санитарно-техническое оборудование, изоляция, материалы, находящиеся в расходных складах, мебель и другие, способные гореть.
Временную (Pn) и постоянную (Ps) пожарную нагрузку вычисляют по формулам:
Рn = (?MiQi) /S,
Ps = = (?MiQi) /S
где Mi - масса i-го вещества или материала, кг;
Qi - количество теплоты, выделяемое одним килограммом i-го вещества или материала при сгорании, МДж/кг;
S - площадь зданий и сооружений или их частей, м2;
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:
P=Pabc,
где Р-пожарная нагрузка, МДж/м2;
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;
с - коэффициент, отражающий наличие пожарной техники.
Пожарную нагрузку и расчетную пожарную нагрузку допускается также определять в кг/м2. Тогда под пожарной нагрузкой объекта понимают массу всех горючих и трудногорючих материалов, приходящихся на 1 м2 площади пола помещения или площади, занимаемой этими материалами на открытой площадке.
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/ (м2. с), и определяется соотношением:
Um = dm/ (dt•S)
где dm - элементарное изменение массы материала, кг, за время dt, с;
S-площадь горения, м2.
В пожарную нагрузку входят также конструктивные элементы зданий. Однако продолжительность пожара и скорость выгорания материалов, как в помещениях, так и на открытом пространстве зависят не только от пожарной нагрузки. На них влияет ее неоднородность, физико-химические свойства, способ распределения и площадь поверхности. Наиболее полно перечисленные переменные величины, усредненные по объему, который занимает пожарная нагрузка, характеризуются безразмерным физическим параметром. Он выражает плотность распределения элементов горючих и трудно горючих материалов в слое, в котором протекают процессы термического разложения и газификации твердого топлива:
Ксо = mо/ (соНслЕп); (1)
Ксс = mо (соНсл?FFп. н.) (2)
где Ксо - плотность распределения элементов горючих и трудно горючих материалов по высоте слоя и площади помещения;
Ксс - плотность распределения элементов горючих и трудногорючих материалов по высоте слоя и площади отдельных участков помещения, в которых сосредоточена пожарная нагрузка;
mо - масса горючих и трудно горючих материалов, распределенная по всей площади помещения или отдельных ее участков, кг;
со - средняя плотность материалов, входящих в состав пожарной нагрузки, кг/м3
Fп - площадь пола помещения, м2;
?Fп. н. - суммарная площадь участков, на которых распределены горючие и трудногорючие материалы, м2.
Средние значения р0 и Нсл вычисляют математическими методами, наиболее точный результат дает метод математического ожидания. Для расчета используют массу каждого вида материала и площадь, занимаемую отдельными видами пожарной нагрузки.
Пожарную нагрузку можно определить по формулам:
Mп. н. = mо/Fп; (1)
mп. н. = mо/Fп. н. (2)
В выражении (1) масса горючих материалов отнесена к площади пола помещения, а в выражении (2) - к суммарной площади, занятой пожарной нагрузкой в помещении.
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
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:
Vл = l/t
где l - расстояние, пройденное фронтом пламени в данном направлении, м;
t - время распространения фронта пламени, с.
Отношение площади поверхности гонения к площади горения
характеризуется коэффициентом поверхности Кп пожарной нагрузки:
Kп = Sп. г. /Sг
От Кп во многом зависит изменение параметров пожаров. Так, при обеспеченном газообмене с повышением Кп 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.
Температура пожара
Под температурой пожара в ограждениях понимают среднеобъемную 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:
Qнр =з нmQуд (x1вG/зL1)
где Qнр - массовая теплота сгорания, Дж/кг;
Qуд - удельная теплота сгорания, Дж/кг;
з - коэффициент неполноты сгорания;
нm - массовая скорость выгорания, кг/м2;
xlв - концентрация кислорода в поступающем воздухе равная 21;
L1 - теоретически необходимое количество кислорода для сгорания массы горючего материала;
G - расход воздуха в помещении, м3/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.
2.3 Явления, сопровождающие процесс горения на пожаре
При пожарах на пожаровзрывоопасных объектах наблюдаются следующие явления:
неконтролируемое высвобождение энергии за короткий промежуток времени и в ограниченном пространстве (взрывные процессы);
образование облаков топливно-воздушных смесей, их быстрые взрывные превращения и, как следствие, возникновение массовых пожаров;
взрывы трубопроводов, сосудов с перегретой жидкостью (прежде всего, резервуаров со сжиженным газом) и образование осколочного поля;
образование облаков токсичных веществ, участвующих в технологических процессах и возникающих в ходе неконтролируемых реакций. Указанные явления формируют следующие поражающие факторы:
воздушную ударную волну, возникающую в том числе и при объемном взрыве топливно-воздушной смеси;
тепловое поле, образующееся за счет эндотермических окислительных процессов в зоне пожара;
осколочное поле, образуемое при разлете из зоны взрыва обломков оборудования, обладающих высокой кинетической энергией;
поле токсичных веществ, разбрасываемых при взрыве либо образующихся при горении. Пожар развивается на определенной площади или в объеме и может быть условно разделен на три зоны, не имеющих, однако, четких границ: зона горения, зона теплового воздействия, зона задымления.
Значительно влияет на обстановку при открытых пожарах высота зоны пламенного горения, так как от нее зависят площадь поверхности излучения и интенсивность теплового потока по направлению к не горящим объектам. Высота (длина) факела пламени прямо пропорциональна скорости выгорания материала и площади зоны горения.
При пожаре в помещении нагрев горючих материалов и ограждающих конструкций происходит как конвективным, так и лучистым теплообменом. При открытых пожарах теплота в зоне теплового воздействия передается излучением.
Независимо от механизма передачи теплоты продолжительность I фазы пожара полностью зависит от скорости выгорания материалов и скорости распространения пламени. В зависимости от условий газообмена, состава и способа распределения пожарной нагрузки в помещении или на открытом пространстве время развития пожара в I фазе колеблется от 2 до 30 % общей его продолжительности.
К концу I фазы пожара резко возрастает температура в зоне горения, пламя распространяется на большую часть горючих материалов и конструкций, стремительно увеличивается высота факела, значительно уменьшается концентрация кислорода и, соответственно, увеличиваются концентрации оксида и диоксида углерода и других продуктов сгорания. Все эти процессы протекают пропорционально скорости выгорания материалов.
Во II фазе пожара скорость выгорания материалов резко возрастает до максимальной. В этот период все рассмотренные выше параметры и ОФП достигают экстремальных значений. Среднеобъемная температура, содержание продуктов полного и неполного сгорания в помещении и уходящих газах, высота факела, выбрасываемого из проема, его тепловое излучение и скорость потока воздуха в зону пламени достигают максимума, а поступление приточного воздуха через нижнюю часть проема в зону образования горючей смеси и уровень нейтральной зоны, а также содержание кислорода в помещении - минимума. В этой фазе все горючие и трудногорючие материалы воспламеняются, а догорание горючей смеси, вследствие химического недожога, протекает в факеле за пределами здания. При открытом пожаре скорость восходящих потоков в конвективной колонке возрастает, что может привести к выбросу из зоны горения раскаленных головней и переносу их ветром на негорящие объекты. В связи с ростом температуры наступают пределы огнестойкости некоторых конструкций (прогрев, образование сквозных трещин, обрушение). От тепловой радиации пламени возникает угроза распространения пожара на соседние здания и сооружения. Создаются наиболее опасные условия для людей, находящихся в горящем здании, вследствие быстрого распространения огня в смежные помещения и вышележащие этажи, а также накопления токсичных продуктов сгорания. Пожарные подразделения, прибывшие до окончания I фазы пожара, немедленно начинают спасать людей и одновременно подают огнетушащие средства в очаг пожара и на защиту соседних объектов и смежных помещений.
В III фазе пожара скорость выгорания материалов резко падает и начинается процесс догорания и тления деревянных конструкций, предметов домашнего обихода, тканевых и обивочных материалов. Температура среды длительное время остается высокой. В период охлаждения могут разрушиться отдельные конструкции здания, например навесные панели.
Термическое разложение горючих материалов может протекать либо без видимых признаков горения (пиролиз), либо сопровождаться тлением или пламенным го-16 рением. Например, при возникновении очага пожара в помещении с открытым проемом могут одновременно протекать два процесса: пламенное горение горючих материалов, расположенных у оконного проема, и их пиролиз в глубине помещения вследствие ограниченного доступа кислорода. К моменту окончания стадии активного пламенного горения в зоне, расположенной непосредственно у оконного проема, горючие материалы, прошедшие стадию газификации, воспламеняются одновременно по всей поверхности и сгорают значительно быстрее, чем в зоне пламенного горения.
При возникновении очага пожара в глубине помещения одновременно протекают два процесса - распространение пламени в сторону оконного проема и выгорание охваченных огнем материалов за фронтом пламени. При открытом пожаре в помещении общая его продолжительность, скорость убыли массы и время достижения максимальной скорости выгорания не зависят от координат точки воспламенения и являются главным образом функциями условий газообмена и характеристики пожарной нагрузки. При возникновении нескольких очагов горения одновременно как при открытом, так и при закрытом пожаре время достижения максимальной скорости зависит от мощности источников зажигания, числа и взаимного расположения точек зажигания.
Рассмотренные выше параметры пожара взаимодействуют друг с другом, но не могут воздействовать на процессы развития и распространения пожара без взаимодействия с окружающей средой. Окружающая среда характеризуется следующими параметрами:
метеорологическими - температурой, влажностью, давлением, видимостью, или степенью прозрачности атмосферы, скоростью и направлением приземного ветра;
пожарной нагрузкой - горючестью, температурой самовоспламенения и воспламенения, влажностью и плотностью веществ и материалов, содержанием летучих веществ, критическим тепловым потоком, вызывающим их воспламенение или самовоспламенение от лучистой теплоты, взрывоопасностью, удельной пожарной нагрузкой и ее высотой, плотностью распределения горючих материалов по площади и в объеме;
условиями газообмена и распространения пожара - площадью и взаимным расположением проемов, высотой помещения, расстоянием между центрами вытяжных и приточных проемов, этажностью, назначением и особенностями объемно-планировочных и конструктивных решений здания (сооружения), характеристикой имеющихся систем противодымной защиты;
окружающей местности и застройки - рельефом и особенностями примыкающего к зданиям почвенного покрова, огнестойкостью и этажностью зданий и сооружений, противопожарными разрывами, шириной улиц, плотностью застройки, пожаро- и взрывоопасностью производства.
Взаимодействие основных параметров пожара и параметров окружающей среды можно проследить на двух характерных примерах развития закрытого и открытого пожаров.
При закрытом пожаре скорость и направление движения нагретых газов и пламени, передающих теплоту горючим материалам и ограждающим конструкциям, зависят от мощности очага пожара и условий газообмена. Так, например, пламя и нагретые газы могут двигаться из глубины помещения в сторону открытого оконного (дверного) проема в горизонтальной плоскости, занимая верхнюю часть помещения под междуэтажным перекрытием (рис.2). В этом случае излучение пламени и нагретых газов направлено по нормали к плоскости пола. В результате под действием лучистой и конвективной теплоты возгораются горючие материалы, распределенные на плоскости пола, а также нагревается конструкция междуэтажного перекрытия.
Если из-за возникших напряжений в конструкциях и их деформаций образуются сквозные трещины в перекрытии, нагретые газы и пламя проникают в расположенное выше помещение, воспламеняя горючие материалы и ускоряя распространение пожара. В помещении скапливаются токсичные продукты сгорания, вызывая отравление людей. Аналогичные явления происходят при наличии неплотностей и отверстий в вертикальных инженерных коммуникациях (трассах трубопроводов, кабельных каналах и т.д.). В зданиях III и IV степеней огнестойкости под воздействием высокой температуры защитный слой штукатурки междуэтажного деревянного перекрытия растрескивается, отслаивается и пламя распространяется в пустотах перекрытия.
При выбросе пламени и нагретых газов в межквартирный коридор или лестничную клетку, сообщающуюся с лифтовыми холлами, стены которых облицованы горючими материалами, нагретые газы и пламя движутся в вертикальной плоскости, поджигая эти материалы и передавая теплоту ограждающим конструкциям. При внезапном изменении условий газообмена, например, открывании оконных проемов над очагом пожара в верхней зоне здания для выпуска дыма (рис.3), нейтральная зона в лестничной клетке перемещается вверх, в сторону открытых проемов, а в нижней зоне здания создается разрежение, что приводит к резкому увеличению скорости газовых потоков. В результате нагретые газы и пламя могут перебрасываться по вертикали с этажа на этаж или через 2 - 3 этажа, создавая угрозу людям. При такой обстановке необходимо срочно спасать людей с верхних этажей здания всеми имеющимися средствами и способами, с одновременной подачей стволов в очаг пожара и на путях распространения огня.
С усилением скорости ветра в направлении открытых проемов обмена. Так, например, пламя и нагретые газы могут двигаться из глубины помещения в сторону открытого оконного (дверного) проема в горизонтальной плоскости, занимая верхнюю часть помещения под междуэтажным перекрытием (рис.2). В этом случае излучение пламени и нагретых газов направлено по нормали к плоскости пола. В результате под действием лучистой и конвективной теплоты возгораются горючие материалы, распределенные на плоскости пола, а также нагревается конструкция междуэтажного перекрытия.
Если из-за возникших напряжений в конструкциях и их деформаций образуются сквозные трещины в перекрытии, нагретые газы и пламя проникают в расположенное выше помещение, воспламеняя горючие материалы и ускоряя распространение пожара. В помещении скапливаются токсичные продукты сгорания, вызывая отравление людей. Аналогичные явления происходят при наличии неплотностей и отверстий в вертикальных инженерных коммуникациях (трассах трубопроводов, кабельных каналах и т.д.). В зданиях III и IV степеней огнестойкости под воздействием высокой температуры защитный слой штукатурки междуэтажного деревянного перекрытия растрескивается, отслаивается и пламя распространяется в пустотах перекрытия.
При выбросе пламени и нагретых газов в межквартирный коридор или лестничную клетку, сообщающуюся с лифтовыми холлами, стены которых облицованы горючими материалами, нагретые газы и пламя движутся в вертикальной плоскости, поджигая эти материалы и передавая теплоту ограждающим конструкциям. При внезапном изменении условий газообмена, например, открывании оконных проемов над очагом пожара в верхней зоне здания для выпуска дыма (рис.3), нейтральная зона в лестничной клетке перемещается вверх, в сторону открытых проемов, а в нижней зоне здания создается разрежение, что приводит к резкому увеличению скорости газовых потоков. В результате нагретые газы и пламя могут перебрасываться по вертикали с этажа на этаж или через 2.3 этажа, создавая угрозу людям. При такой обстановке необходимо срочно спасать людей с верхних этажей здания всеми имеющимися средствами и способами, с одновременной подачей стволов в очаг пожара и на путях распространения огня.
Зона горения
Зона горения занимает часть пространства, в котором протекают процессы термического разложения твердых горючих материалов или испарения жидкостей, горения газов и паров в объеме диффузионного факела пламени. Зона горения может ограничиваться ограждениями здания (сооружения), стенками различных технологических установок, аппаратов, резервуаров и т.п.
А
Рис 1.4 Зона горения на пожаре: а - на открытом пространстве; б, в-в ограждениях
Горение может быть пламенным (гомогенным) и беспламенным (гетерогенным). При пламенном горении границами зоны горения являются поверхность горящего материала и тонкий светящийся слой пламени (зона реакции окисления), при беспламенном - раскаленная поверхность горящего вещества.
Примером беспламенного горения может служить горение кокса, древесного угля, тление, например, войлока, торфа, хлопка и т.д.
Границы зоны при пламенном горении схематично показаны на (рис.1.4 а, б, в).
Зона теплового воздействия
Зоной теплового воздействия называется прилегающая к зоне горения часть пространства, в пределах которого протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени, окружающими строительными конструкциями и горючими материалами.
Теплота в окружающую среду передается тремя способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. В начальной стадии развития пожара в зданиях теплота из горящего помещения в смежное передается теплопроводностью через строительные конструкции, металлические трубы и другие инженерные коммуникации. В горящем помещении излучение является основным способом передачи теплоты от поверхности пламени к окружающим поверхностям горючих материалов, внутреннего интерьера и строительных конструкций по всем направлениям до момента интенсивного задымления, когда дым становится ослабляющей тепловой поток средой в результате поглощения и рассеяния лучистой энергии.
На стадии развившегося пожара в зданиях конвекцией передается значительно больше теплоты, чем при пожарах на открытом пространстве. Нагретые до высоких температур газы способны вызвать возгорание горючих материалов на пути своего движения в коридорах, лифтовых шахтах, вентиляционных каналах, лестничных клетках и т.д.
При пожарах на открытом пространстве теплота передается окружающим объектам главным образом излучением. Несмотря на то что доля теплоты, передаваемой конвекцией, достигает ориентировочно 75 %, значительная ее часть передается верхним слоям атмосферы и не изменяет обстановки на пожаре.
При определении теплового потока на различных расстояниях от зоны горения в качестве исходных параметров рассматриваются физико-химические свойства продуктов горения (степень черноты и средняя температура факела, низшая теплота сгорания продукта, массовая скорость выгорания с единицы площади пожара); плотность теплового потока, которая определяет зону повышенной опасности; характеристики источника горения (ширина, длина, радиус резервуара с пожароопасным продуктом).
Зона задымления
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.
Зона задымления может включать в себя всю зону теплового воздействия и значительно превышать ее.
Границами зоны задымления считаются места, где плотность дыма составляет1•10-4 - 6•10-4 кг/м3, видимость предметов 6-12 м, концентрация кислорода в дыме не менее 16% и токсичность газов не представляет опасности для людей, находящихся без средств защиты органов дыхания.
Практически установить границы зон при пожаре не представляется возможным, так как происходит их непрерывное изменение, и можно говорить лишь об условном их расположении.
Под дымообразованием на пожаре принимают количество дыма, м3/с, выделяемого со всей площади пожара. Оно может быть определено из соотношения:
Vд = цнmSnVп. г. Tд/Tо
где ц - коэффициент пропорциональности;
нm - массовая скорость выгорания;
Vп. г. - объем продуктов горения, образовавшихся при сжигании одного килограмма горючего, м3/кг;
Тд и То - температура дыма и окружающей среды (соответственно), К.
Процесс задымления зданий и помещений связан с разностью объемов образующегося дыма при горении и удаляемого из здания Vуд. Если эту разность отнести к объему помещения Vпом, получим интенсивность задымления, м3/ (м3-с):
Iзад = (Vд - Vудz) /Vпом
где Vпом - объем помещения, м3;
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.
Концентрация дыма - это количество продуктов горения, содержащихся в единице объема помещения. Ее можно выразить количеством вещества г/м3, г/л, или в объемных долях.
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/м3) - дым оптически плотный; до 6 м (0,6-1,5 г/м3 твердых частичек углерода) - дым средней плотности;
до 12 м (0,1-0,6 г/м3 твердых частичек углерода) - дым оптически слабый.
На процесс газообмена в помещении большое влияние оказывают высота помещения, геометрические размеры проемов, скорость и направление ветра.
Подобные документы
Классификация чрезвычайных ситуаций естественного (природного) происхождения. Чрезвычайные ситуации: землетрясения, извержение вулканов, сель, оползни, ураган, буря, смерч, сильный снегопад, заносы, обледенения, лавины, наводнение, подтопление и др.
контрольная работа [36,0 K], добавлен 04.12.2008Пожары и взрывы - распространенные чрезвычайные ситуации в индустриальном обществе. Причины аварий на пожаро- и взрывоопасных объектах. Категории взрывной и пожарной опасности. Воздействие аварий на окружающую среду. Действия населения во время аварий.
реферат [22,7 K], добавлен 21.05.2010Виды и характеристика чрезвычайных ситуаций, их поражающие факторы и степень негативного влияния на жизнь и безопасность людей. Стихийные бедствия геологического, гидрологического и метеорологического характера, эндемические паразитарные заболевания.
курсовая работа [82,6 K], добавлен 02.08.2009Чрезвычайная ситуация как обстановка на определенной территории или акватории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы. Понятие и специфика чрезвычайной ситуации экологического характера, ее последствия для человека.
контрольная работа [29,3 K], добавлен 28.08.2010Причины, которые могут вызывать чрезвычайные ситуации метеорологического характера. Опасность выпадения града. Последствия и негативные факторы засухи. Условия возникновения циклона. Защита от ураганов, бурь и смерчей, предупредительные мероприятия.
презентация [9,6 M], добавлен 16.11.2013Виды стихийных бедствий и их возможные причины. Источники чрезвычайных ситуаций в природной сфере. Классификация опасных природных явлений. Инфекционная заболеваемость людей и сельскохозяйственных животных. Общее число жертв природных катастроф.
презентация [135,4 K], добавлен 21.06.2012Определение опасности и риска для жизни. Чрезвычайные ситуации: техногенные, экологические, природные. Анализ и предупреждение травматизма. Контроль и управление безопасностью труда. Гигиена труда и производственная санитария. Пожарная безопасность.
курс лекций [96,3 K], добавлен 04.10.2008Понятие чрезвычайной ситуации техногенного характера. Классификация производственных аварий по их тяжести и масштабности. Пожары, взрывы, угрозы взрывов. Аварии с выбросом радиоактивных веществ, химически опасных веществ. Гидродинамические аварии.
презентация [1,1 M], добавлен 09.02.2012Основные чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера. Поведение и необходимые действия при внезапном землетрясении, цунами, наводнении, урагане и лесном пожаре. Химическая, радиационная аварии, авария на гидродинамических сооружениях.
презентация [13,7 M], добавлен 02.10.2013Понятие и классификация экологических катастроф. Пожары на промышленных объектах. Аварии с выбросом (угрозой выброса) биологически опасных веществ. Опасность возникновения селей. Причины взрывов и авиакатастроф. Чрезвычайные ситуации на железной дороге.
реферат [27,7 K], добавлен 19.09.2013