Введение в курс "Пожарная безопасность"

Скорость гомогенной реакций тем выше, чем больше число столкновений молекул, то есть чем выше концентрация реагирующих в объеме веществ. Пусть исходные вещества А и В,конечные вещества Е иD.

Химическая реакция имеет вид:

mA+nB=pE+qD

Скорость реакции W по закону действующих масс пропорциональна произ-ведению концентраций реагирующих веществ, поэтому для прямой реакции

W₁ = K₁ ,

аналогично для обратной:

W₂=K₂ ,
где К₁ и К₂ --константы, зависящие от физических свойств реагентов и температуры. 
Константа химической реакции К выделяет число эффективных столкновений молекул из числа возможных К₀ и определяется по закону Аррениуса 
                                               К=К₀ехр()
где К₀ множитель, определяемый экспериментально; R--универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура смеси. Энергия активации Е представляет собой энергетический барьер, который необходимо преодолеть для осуществления химической реакции (см. рис. 1).

Механический барьер: шарик, прежде чем спуститься самопроизвольно до нижнего уровня II, должен преодолеть препятствие в виде возвышения, для чего нужна дополнительная затрата энергии.

Химический барьер: прежде чем самопроизвольно потечет химическая реакция и выделится освобождающееся тепло Е₂ - Е₁, должно быть затрачено некоторое количество энергии Е₁ для разрушения внутренних связей вступа-ющего в реакцию вещества, Е₂--энергия активации продукта горения, то есть энергетическая устойчивость полученных вновь внутримолекулярных связей.

механический барьер                                      химический барьер Ниже на рис.2  показана зависимость константы скорости химической реакции от температуры.

Скорость реакции резко возрастает, если в реагирующем объеме находятся активные центры (атомарный кислород или водород, гидроксильная группа ОН и т. д.). Например, при горении водорода первичный распад молекулы его на два активных центра может быть вызван любой активной молекулой М.  В результате единичного цикла каждый активный центр образует три новых, что вызывает резкое ускорение реакции вплоть до взрыва. Такой характер реакции называется цепным. Таким образом, механизм самоускоряющихся реакций - цепной. Большой вклад в разработку теории цепных реакций внес академик Н.Н.Семенов, за эти работы ему была присуждена Нобелевская премия.

Горению газо-воздушной смеси предшествует ее воспламенение. Оно может осуществляться двумя путями: самовоспламенением или зажиганием от постороннего источника (вынужденным воспламенением).

Под самовоспламенением горючих смесей понимается такой процесс воспламенения, когда при нагреве всего объема смеси до некоторой температуры она самостоятельно воспламеняется во всем объеме без воздействия внешнего источника зажигания.  Температуру смеси Т_с , выше которой в среде возможно самоускорение реакции горения, называют температурой самовоспламенения смеси.

Зажигание или воспламенение - процесс инициирования начального очага горения в горючей смеси, после чего возникший фронт пламени самопроизвольно распространяется по всему объему. Зажигание горючих газовых смесей может происходить при их контакте с накаленными поверхностями, при появлении внутри смеси искр различного происхождения или пламени.

Температура воспламенения не представляет собой физико - химической константы смеси, а колеблется в зависимости от условий теплоотвода.  Так, при уменьшении коэффициента теплоотдачи б точка «в» перемещается в точку «в'» и смесь воспламеняется при пониженной температуре.

Основной особенностью процесса зажигания газовой смеси являются концентрационные пределы воспламенения. Объемную концентрацию горючего газа ( в %) в предельно бедной горючей смеси называют нижним концентрационным пределом зажигания, а в предельно богатой горючей смеси - верхним концентрационным пределом зажигания.

Лекция № 4. Классификация видов горения

Цель занятия: Ознакомление видами горения

Рассматриваемые вопросы:

1. Классы пожаров по типу материалов горения

2. Классификация процессов горения по признакам

Классификация видов горения

Горение - это химический процесс соединения горючего вещества с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты и излучением света.
Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается. И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения.

Различают несколько видов горения:

* Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов.

* Возгорание - возникновения горения от источника зажигания.

* Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

* Самовозгорание - горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания.

* Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.

* Взрыв - чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Горение газов является в диффузионной (когда кислород проникает в зону горения), так и в кинетической (однородная горючая смесь) области и может носить характер взрывного или детонационного (высокая скорость перемещения пламени) горения.

При горении жидкости происходит её испарение и сгорание паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и т. п. Процесс горения паров не отличается от горения газов.

Горение твердых веществ - гетерогенно-диффузионное (то есть горение в разных фазах с проникновением - плавление, разложение и испарение с выделением газообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь).
Повышенную пожарную опасность имеет пыль. Причем с увеличением дисперсности (это по сути насыщенность, отношение площади поверхности частиц к занимаемому ими объёму) пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, что повышает ее пожарную опасность. Скорость горения высокодисперсной пыли приближается к скорости горения газа. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит ко вторичным взрывам.

В зависимости от скорости химической реакции и образования горючей смеси горение может происходить в виде:

1. тления - скорость до нескольких см / с;

2. собственного горении - скорость до нескольких м / с;

3. взрыва - скорость несколько сотен м / с;

4. детонации - скорость до нескольких тысяч м / с

К реакциям горения относятся не только реакции взаимодействия между горючими веществами и кислородом, но и другие окислительно-восстановительные реакции: взаимодействие некоторых веществ с галогенами, парами серы, реакции разложения взрывчатых веществ, некоторых эндотермических соединений, например, ацетилена.

Н₂ + Cl₂ = 2 НCl + Q

С₃Н₅(NO₃)₃ = 3CO₂ +2,5H₂O + 1,5N₂ + 0,25O2

C₂Н₂ = 2С + Н₂ + Q

Классы пожаров по типу материалов горения. Для успешного тушения пожара необходимо применение наиболее эффективных огнетушащих средств, вопрос о выборе которых должен быть решен практически мгновенно.

Правильный выбор огнетушащего средства позволит обеспечить быстрое прекращение горения.

Эта задача значительно упрощается в связи с введением классификации пожаров. Международной организацией стандартов вводится 5 классов пожаров (Стандарт 3941-77):

Класс A: Твердые материалы

Класс B: Горючие жидкости

Класс C: Горение газов, в т.ч. сжиженных

Класс D: Щ?лочные металлы (натрий, литий, кальций и др.)

Класс E: Электроприборы и проводка под напряжением.

Пожары класса "А" - горение твердых горючих материалов. К таким материалам относятся дерево и изделия из него, ткани, бумага, резина, некоторые пластмассы и другие.

Тушение этих материалов производится в основном водой, водными растворами, пеной.

Пожары класса "В" - горение жидких веществ, их смесей и соединений. К этому классу веществ относятся нефть и жидкие нефтепродукты, жиры, краски, растворители и другие горючие жидкости.

Тушение таких пожаров производится в основном с помощью пены путем покрытия ее слоем поверхности горючей жидкости, отделяя ее, таким образом, от зоны горения и окислителя. Кроме того, пожары класса "В" можно тушить распыленной водой, порошками, углекислотой.

Пожары класса "С" - горение газообразных веществ и материалов. К этому классу веществ относятся горючие газы, используемые на морских судах в качестве технологического снабжения, а также перевозимые морскими судами горючие газы в качестве груза (метан, водород, аммиак и др.). Тушение горючих газов производится компактными струями воды или с помощью огнетушащих порошков.

Пожары класса "D" - возгорания, связанные со щелочными и подобными металлами и их соединениями при их контакте с водой. К таким веществам относятся натрий, калий, магний, титан, алюминий и др. Для тушения таких пожаров используют теплопоглощающие огнетушащие вещества, например, некоторые порошки, не вступающие в реакцию с горящими материалами.

Пожары класса "Е" - горение, возникающее при воспламенении находящегося под напряжением электрооборудования, проводников или электроустановок. Для борьбы с такими пожарами используют огнетушащие вещества, не являющиеся проводниками электричества.

Процессы горения классифицируют по нескольких признакам:

1. По агрегатному состоянию компонентов горючей смеси в зоне горения.

Как известно, вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находятся компоненты горючей смеси в зоне горения, различают два вида или режима горения: гомогенное, если оба компонента находятся в зоне горения в одинаковой фазе (одинаковом агрегатном состоянии), и гетерогенное, если компоненты горючей смеси в зоне горения находятся в разных агрегатных состояниях.

В большинстве случаев горение является гомогенным. Примером гетерогенного, безпламенного горения является горение антрацита, кокса, а в условиях пожара -- твердого углеродистого остатка, который получается при разложении твердых горючих материалов, например древесины. В этом случае все летучие продукты пиролиза уже выгорели и горение происходит непосредственно на поверхности материала.

2. По способу образования горючей смеси.

В зависимости от условий смесеобразования компонентов и соотношения скорости химической реакции горения и скорости смесеобразования различают два характерных режима горения: кинетический и диффузионный. Определяющим в этом случае является то, какая из стадий в суммарной скорости процесса горения является лимитирующей: скорость смесеобразования или скорость химического преобразования компонентов смеси в продукты горения.

Полное время сгорания химически неоднородной системы состоит из времени, необходимого для возникновения физического контакта между горючим веществом и кислородом воздуха, t_фи времени самой химической реакции t_x:

t_гор = t_ф + t_x.

На пожаре в основном встречается горение заранее несмешанных газов. Горючая смесь получается в самой зоне горения. Компоненты реакции поступают в зону взаимодействия из разных сред, любая из которых содержит только один из реагирующих компонентов. В этой ситуации взаимодействие возможно только вследствие переноса реагирующих компонентов за счет диффузии через границу раздела обоих сред.

Время физического процесса диффузии кислорода к горючему веществу несравненно больше времени, необходимого для протекания химической реакции горения. В этом случае

t_диф>>t_x,

t_гор>>t_диф.

Если скорость переноса вещества меньше скорости реакции, то скорость горения определяется лишь скоростью массообмена (скоростью диффузии кислорода к горючему веществу):

w_гор>>w_ф,

w_ф = gj_в.

где j_в -- концентрация окислителя в объеме, g -- коэффициент массопередачи.

В этом случае принято говорить, что реакция горения протекает в диффузионной области, а само горение называется диффузионным.

Если уже есть готовая смесь, которая состоит из горючего газа и окислителя, то горение классифицируется как кинетическое.

Термин «кинетическое горение» введен вследствие того, что скорость процесса горения зависит, в основном, от скорости протекания химической реакции между горючим веществом и окислителем, то есть от кинетики соответствующей реакции горения. В этом случае суммарная скорость процесса горения лимитируется только скоростью (кинетикой) химической реакции.

w_гор>>w_хим.р.

Полное время сгорания химически однородной системы приблизительно равняется времени, которое расходуется на протекание самой химической реакции.

t_гор>>t_хим.р.

Кинетическое горение наиболее часто протекает на начальной стадии пожара.

Если сгорание такой газовоздушной смеси происходит в закрытом или ограниченном пространстве, оно приобретает характер взрыва. Взрывной характер наблюдается тогда, когда выделяющаяся при сгорании смеси энергия не успевает отводиться за пределы данного объема, при этом давление возрастает, что часто приводит к разрушению конструкций.

3. По механизму распространения горения.

После возникновения горения фронт пламени, или зона химической реакции, начинает распространяться по горючей смеси. В зависимости от механизма распространения горения по горючей смеси различают два характерных режима горения: дефлаграционное и детонационное.

При относительно небольших скоростях (сравнительно медленное распространение зоны химических реакций, со скоростями движения фронта пламени по горючей смеси от 0,5 до 50 м/с) происходит послойное воспламенение холодной газовой смеси за счет ее нагрева от зоны горения. Это тепло и является причиной поддержания процесса горения. Передача теплового импульса из зоны горения в холодную горючую смесь происходит за счет процесса теплопроводности. Такой механизм называется дефлаграцией.

Существует и другой механизм распространения горения -- за счет быстрого адиабатического сжатия горючей смеси. Такой механизм горения называется детонацией.

Детонация может возникнуть во взрывчатой среде в случае ее предварительного быстрого сжатия сильной ударной волной. Такую волну может создать внешний импульс (например сгорание взрывного вещества). Характерной особенностью ударного сжатия является сильное нагревание газа (до 1500--1700К). Горючая смесь, нагретая сильной ударной волной до такой температуры, вспыхивает. Самопроизвольное возникновение детонации в горящем газе, возможно при достаточной скорости распространения горения -- большей, чем 500 м/с, в то время как нормальная скорость распространения пламени не превышает 10 м/с.

4. По газодинамическому режиму горения.

Важной характеристикой гомогенного горения является газодинамическое состояние компонентов горючей смеси в зоне реакции, которое зависит от интенсивности поступления компонентов горючей смеси в зону реакции.

Если компоненты горючей смеси поступают в зону реакции медленно, по законам молекулярной или слабой конвекционной диффузии, то процесс горения является ламинарным. При ламинарном режиме горения скорость и направление отдельных частей газового потока практически одинаковы.

Если потоки горючего газа и окислителя или готовой горючей смеси поступают интенсивно, то режим горения будет турбулентным, то есть с интенсивными завихрениями, перемешиванием продуктов горения с исходной смесью, отрывами зоны горения от основного факела пламени.

Параметром, который характеризует газодинамический режим горения, является критерий Рейнольдса -- Re. Так, в случае горения смеси в трубе, если Re < 2300, то пламя относится к ламинарному, если 2300 < Re < 10 000 -- пламя переходное, при Re > 10 000 -- турбулентное.

Лекция № 5. Динамика развития пожаров на открытом пространстве

Цель занятия: ознакомление пожарами возникающие на открытом пространстве

Рассматриваемые вопросы:

1. Открытые пожары и их отличительные особенности

2. Динамика развития пожаров на газовых, газонефтяных и нефтяных фонтанах.

3. Динамика развития лесных пожаров

Открытые пожары и их отличительные особенности. К  открытым  пожарам  относятся  пожары  газовых  и  нефтяных  фонтанов;  пожары  складов  древесины,  хлопка,  караванов  торфа  и  других  горючих веществ  и  материалов;  пожары  горючих  жидкостей  в  резервуарах,  сжиженных газов в газгольдерах; пожары на технологических установках, таких, как ректификационные  колонны,  сорбционные  башни,  этажерки  и  технологические  установки  на  объектах  нефтяной,  химической,  нефтехимической,  газовой промышленности. К  открытым  пожарам относятся  также лесные и степные  пожары,  пожары  на  торфополях,  открытых  складах  каменного  угля, сланца  и  других  горючих  материалов.  В  открытые  пожары  могут  перейти  и обычные  внутренние  пожары  в  зданиях  и  сооружениях  V  степени  огнестойкости.

Особенностью  всех  этих  пожаров  являются  условия  тепло-  и  газообмена.  На  этих  пожарах  не  происходит  «накопления»  тепла  в  газовом  пространстве зоны горения. Горение происходит в более естественных условиях, не  ограниченных  строительными  конструкциями.  Теплообмен  осуществляется  практически  с  неограниченным  окружающим  пространством.  Поэтому  за температуру  таких  пожаров,  как  правило,  принимают  температуру  пламени, так как она несколько выше температуры внутренних пожаров, где за температуру  пожара  принимают  среднюю  температуру  газовой  среды  в  помещении.

Газообмен  на  открытых  пожарах  также  отличается  от  газообмена  на внутренних пожарах. На открытых пожарах он не ограничен конструктивными  элементами  зданий  и  сооружений  и,  следовательно,  более  интенсивен.

Поэтому  он  в  большей  степени  зависит  от  естественных  внешних  газовых потоков:  интенсивности  и  направления  ветра.  Интенсивность  и  направление ветра  оказывают  большое  влияние  на  процесс  горения  на  открытых  пожарах и на зоны пожара.

Зона  горения  определяется,  главным  образом,  распределением  горючих  веществ  в  пространстве,  и  формирующими  ее  конвективными  газовыми потоками. Зона  теплового  воздействия определяется преимущественно  лучистым  тепловым  потоком,  так  как  конвективные  тепловые  потоки  уходят вверх  в  неограниченное  пространство  и  почти  не  влияют  на  зону  теплового воздействия на поверхности земли; поэтому они чаще всего не препятствуют ведению  тактико-технических  действий  на  пожаре.  Мощные  восходящие конвективные  газовые  потоки  у  основания  очага  горения  создают  разрежение. Например, у основания газового фонтана горящего резервуара эти потоки  создают  столь  интенсивный  обдув  свежим  воздухом,  что  намного  снижают тепловое воздействие.

Соответственно  изменяется  и  характер  зоны  задымления.  За  исключением  горения  торфа  на  больших  площадях  и  леса  в  безветренную  влажную (сырую)  погоду,  зона  задымления,  как  правило,  не  создает  затруднений  по борьбе  с  открытыми  пожарами,  как  на  внутренних  пожарах.  Эти  особенности открытых  пожаров  в  значительной  степени  определяют  и  специфику  методов борьбы  с  ними,  особенности  применяемых  приемов  и  способов  и  характер тактико-технических действий подразделений пожарной охраны. При  открытом  пожаре  скорость  его  распространения  (возгорание смежных  с  горящим  зданием  объектов)  зависит  от  условий  теплообмена  излучением  т.  е.  площади,  теплофизических  свойств  излучающей  и  облучаемой поверхностей, а также их взаимного расположения в пространстве.

В  процессе  развития  открытого  пожара  лучистый  тепловой  поток  от факела пламени падает на окружающие строения или горючие материалы. Необходимое  и  достаточное  условие  возгорания  какой-либо  поверхности  горючего  материала  выражается  соотношением  q_П?  q_КР (q_П -  падающий  поток  на  поверхность  облучаемого  материала,  Вт/м²;  q_КР-  критический тепловой  поток,  вызывающий  возгорание  поверхности  данного  вида  горючего  материала,  Вт/м²).  Согласно  законам  лучистого  теплообмена,  возгорание может  произойти,  если  коэффициент  облученности  и  расстояние  между  излучающей  и  тепловоспринимающей  поверхностями  будут  такими,  при  которых  падающий  тепловой  поток  станет  не  менее  критического.  Излучение  факела  ослабляется  атмосферой  в  зависимости  от  степени  ее  прозрачности  (тумана, дождя, дымки и т. п.) и скорости ветра.

При  открытом  пожаре  огонь  может  распространиться  на  окружающие строения под действием теплового излучении пламени.

Высота  пламени  при  открытых  пожарах  изменяется  пропорционально скорости  выгорания  материалов  и  характерному  линейному  размеру  (диаметру,  протяженности  или  ширине)  площади  пожара.  При  пожарах  прямоугольной  формы  характерный  линейный  размер  ранен  корню  квадратному  из площади пожара, а при круговой или близкой к ней форме - диаметру окружности.  С  увеличением  этих  параметров  высота  пламени  и  площадь  излучающей  его  поверхности  растут.  С  увеличением  площади  основания  пламени  над ее  центральной  частью,  где  происходит  тепловая  газификация  топлива  при недостатке кислорода, высота пламени будет максимальной.

На  практике  пользуются  формулой  для  определения  геометрических размеров факела пламени пожара:

L_Ф= 16,4 (V_M · d_Ф)^2/3

где: L_Ф- средняя величина длины факела пламени, м, V_M- массовая скорость выгорания материала, кг/(м²с), d_Ф- характерный линейный размер основания факела пламени, м.

Динамика развития пожаров на газовых, газонефтяных и нефтяных фонтанах. Пожары  фонтанов  условно  разделяют  на  три  группы:  газовые,  газонефтяные и нефтяные. Газовыми считаются фонтаны с содержанием горючего газа не менее 95% по массе, газонефтяными - газа более 50% и нефти менее  50%  по  массе,  а  нефтяными  -  фонтаны  с  дебитом  нефти  более  50%  по массе. Кроме того, газовые и газонефтяные фонтаны условно подразделяются по мощности (дебиту ) на слабые - с дебитом газа до 2 млн. м³/сутки, средние от 2 до 5 млн. м³/сутки и мощные - свыше 5 млн. м³/сутки.

При  авариях  на  скважинах  истечение  газа  из  фонтанной  арматуры происходит  при  высоких  перепадах  давления,  значительно  превышающих критические, т. е. на срезе трубы устанавливается скорость истечения, равная скорости звука. Для метана скорость звука равна приблизительно 400 м/с.

Горение  газового  фонтана  является  диффузионным.  В  окружающую атмосферу вытекает свежий газ, а горение происходит в результате взаимной диффузии газа и кислорода воздуха.

Горение  газовых  фонтанов  устойчивое,  которое  может  длиться  неделями  и  даже  месяцами  и  не  зависит  от  метеорологических  условий  -  ветра, дождя и  т.п. Для  ликвидации такого  пожара необходимо огромное количество сил и средств.

Поскольку  в  реальных  условиях  истечение  газа  из  фонтанной  арматуры происходит в основном со скоростями в несколько десятков и даже сотен метров в секунду (при Re (число Рейнольдса) > 2300). то характер изменения поля  скоростей  и  концентраций  газа  вдоль  струи  и  в  поперечных  сечениях (отстоящих на различных расстояниях от места истечения) будут определяться основными закономерностями турбулентной газовой струи.

Рассматривая  факелы  газонефтяных  фонтанов,  можно  пользоваться  (с некоторыми  поправками)  основными  закономерностями  турбулентных  газовых струй, так как при соотношении массы жидкой фазы (нефти) к массе газа около единицы отношение объемов газа и нефти будет около тысячи. По мере  удаления  от  среза  трубы  (за  счет  массообмена  струи  с  окружающим  воздухом) это соотношение будет увеличиваться в десятки раз. Скорость движения  капелек  нефти  в  струе  будет  приблизительно  равна  скорости  движения газовой  фазы.  Поэтому  такую  двухфазную  струю  можно  рассматривать  как свободную затопленную турбулентную струю.

Одним из важных параметров газового факела является его длина (высота).  Под  высотой  факела  горения  понимается  наблюдаемая  визуально  или «фотографическая» длина факела, а не «химическая».

Проведенными  исследованиями  установлена  экспериментальная  зависимость  между  высотой  факела  пламени  и  дебитом  газовой  скважины.  Для практических расчетов с точностью ± 5% может быть использована формула:

Q_Ф= 0,0025 Н²_Ф                  (6.1)

где Q_Ф - дебит фонтана млн. м³/сутки.

Зная  дебит  фонтана,  можно  предположить,  что  высота  факела  фонтана составит:

Н_Ф~ 20vQ_Ф         (6.2.)

Исследованиями  установлено,  что  с  увеличением  расхода  газа  высота факела  пламени  растет  медленно,  причем  на  нее  не  оказывает  существенного влияния  диаметр  насадка.  Так, при расходе газа 2,2 млн. м³/сутки  высота факела для устья фонтана диаметром 150 и 250 мм, составляет 33 м.

Высота  пламени  у  газонефтяных  фонтанов  несколько  больше,  чем  у газовых.  Нефтяные  фонтаны  с  большим  дебитом  нефти  и  незначительным содержанием  газа  имеют  небольшую  высоту  факела  пламени,  примерно  20- 30  м.  Пламя  газового  фонтана  имеет  светло-желтую  окраску.  При  пожарах газонефтяных  фонтанов  вся  нефть,  как  правило,  сгорает  в  факеле  пожара, пламя  имеет  оранжевый  цвет,  иногда  горение  сопровождается  клубами  черного  дыма.  При  пожарах  нефтяных  фонтанов  только  незначительная  часть нефти  успевает  испариться  и  сгореть  в  воздухе,  а  большая  ее  часть  выпадает на  землю,  разливается  вокруг  устья  скважины  и  продолжает  гореть.  Нефтяной  фонтан  горит  темным  оранжевым  пламенем  с  большим  выделением  черного дыма.

Одним  из  факторов,  препятствующих  ликвидации  пожаров  газовых фонтанов,  является  высокая  интенсивность  теплового  излучения  факела  пламени.  Поэтому  при  тушении  газового  фонтана  большие  расходы  воды  необходимо  предусматривать  на  орошение  поверхности  земли  вокруг  скважины  в радиусе 10-15 м для снижения температуры в этой зоне, а также на защиту от теплового  излучения  личного  состава  и  техники,  принимающих  участие  в ликвидации пожара.

Динамика развития лесных пожаров

Пожароопасный  сезон  в  лесу  (часть  календарного  года),  в  течение  которого  возможно  возникновение  лесных  пожаров,  начинается  с  момента  схода  снегового  покрова  и  заканчивается  при  наступлении  дождливой  осенней погоды  или  образования  снегового  покрова.

Лесные  горючие  материалы  неодинаково  реагируют  на  изменения  погодных  условий,  по-разному  воспламеняются  и  горят  с  различной  интенсивностью в различные периоды пожароопасного сезона.

Наиболее  пожароопасным  является  осенний  период  от  момента  схода снегового  покрова  до  появления  обильной  травяной  растительности  (апрель-май).  Этот  период  характерен  малой  относительной  влажностью  воздуха, обилием  солнечных  дней.  Высохший  травяной  покров,  хвоя,  листва  и  др.  загораются  от  слабого  источника  огня.  В  этот  период  наблюдается  наибольшее количество лесных пожаров (пожарный максимум).

В  летний  период  влажность  воздуха  и  напочвенного  покрова  повышается.  Кроме  того,  обильная  травяная  растительность  и  листва  на  кустарниках и  деревьях  служат  хорошим  препятствием  на  пути  распространения  огня.

Условия  для  возникновения  лесных  пожаров  ухудшаются.  В  этот  период  наблюдаются.  как  правило,  наименьшее  количество  пожаров  (пожарный  минимум).

В  конце  вегетационного  периода  условия  вновь  способствуют  возникновению  загораний,  так  как  происходит  отмирание  и  высыхание  травянистой растительности, опадение листвы и т.д. Количество пожаров увеличивается. Чередование  пожарных  минимумов  и  максимумов  зависит  от  особенностей  развития  растений  и  местных  климатических  и  лесорастительных условий  и  в  каждом  отдельном  районе  может  быть  несколько  иным.  Кроме того,  в  практике  следует  учитывать,  что  погодные  условия  в  течение  года имеют  отклонения  от  средних  климатических  данных,  причем  эти  отклонения бывают и довольно значительными.

Возможность  возникновения  пожаров  зависит  от  влажности  напочвенного  покрова.  В  связи  с  этим  пожарная  опасность любого участка  не остается постоянной.  Во  время  пожароопасного  сезона  могут  быть  периоды  отсутствия  пожарной  опасности.  Эти  периоды  возникают  вследствие  выпадения осадков  или  вследствие  разрастания  трав  в  конце  весны.  Распространение пожара  замедляется  или  вовсе  останавливается  при  встрече  с  горючими  материалами повышенной влажности.

На  возникновение  лесных  пожаров  оказывают  влияние  погодные  условия.  Чаше  всего  пожары  возникают  в  сухую  жаркую  погоду.  При  высоких температурах  воздуха  усиливается  испарение  и  вследствие  этого  влажность горючего  материала  снижается  быстрее.  Следовательно,  вероятность  возникновения  пожаров  увеличивается. При уменьшении влажности воздуха происходит аналогичное явление - испарение влаги из горючих материалов растет.

При продолжительном периоде жаркой сухой погоды в большем числе различных  типов  леса  наступает  пожарная  опасность.  Кроме  того,  участки пожарно-зрелой  территории  растут,  сливаются  друг  с  другом  и  захватывают все  большую часть лесной площади. При особенно длительной засухе становятся  способными  гореть  даже  болота.  Практически  на  все  территории  возможны  пожары.  Они  могут  охватить  все  насаждения  и  перейти  в  стихийное бедствие.

Лесные  пожары,  распространившиеся  на  значительных  площадях,  для тушения которых сил и средств лесхозов и оперативных отделений баз авиационной  охраны  лесов  недостаточно,  считаются  крупными;  В  районах  авиационной  охраны лесов  от  пожаров к  таким пожарам относят пожары площадью 200 га. в районах наземной охраны лесов - площадью более 25 га. Крупные  пожары  в  большинстве  случаев  развиваются  в  длительные  засушливые периоды.

Лесной пожар в процессе своего развития может переходить из одного вида в другой или проявляться в комбинации двух и даже трех видов.

По  количеству  регистрируемых  случаев  низовые  пожары  составляют 98%  и  охватывают  81,4%  площади,  пройденной  огнем  в  лесу,  верховые  - 1,5% и охватывают 18,6% площади, почвенные - 0,5%, их площадь 0,02%.

Важнейшими  характеристиками  пожаров,  имеющих  большое  значение для  практики  борьбы  с  ними,  являются  скорость  распространения  кромки пожара,  высота  пламени,  глубина  прогорания  почвы,  интенсивность  горения, величина выгоревших участков.

По  скорости  распространения  огня  и  характеру  горения  низовые  и верховые пожары подразделяются на беглые и устойчивые.

Беглый  низовой  пожар -  низовой  пожар,  при  котором  наблюдается быстрое  распространение  пламенного  горения  и  часто  происходит  только поверхностное обгорание напочвенного покрова. Пожар развивается в весенний период, когда подсыхает лишь самый верхний слой мелких горючих материалов  напочвенного  покрова  и  прошлогодняя  травянистая  растительность.

Скорость  распространения  огня  180-300  м/ч  и  находится  в  прямой  зависимости  от  скорости  ветра  в  приземном  слое.  Участки  с  повышенной  влажностью остаются  не  тронутые  огнем  и  площадь,  пройденная  огнем,  имеет  пятнистый характер.

Устойчивый  низовой  пожар -  низовой  пожар,  при  котором  происходит  пламенное  и  беспламенное  горение  (тление)  подстилки,  отпада,  валежа, подлеска.  Обгорают  корни  и  кора  деревьев,  насаждение  получает  серьезное повреждение.  Развивается  в  середине  лета.  Скорость  распространения  огня от нескольких метров до 180 м/ч.

Беглый  верховой  пожар -  верховой  пожар,  распространяющийся  по пологу  леса  со  скоростью  значительно  опережающей  горение  нижних  ярусов лесной  растительности.  При  беглом  верховом  пожаре  сгорают  хвоя  и  мелкие ветки. Более крупные ветки и кора на стволах обугливаются. Скорость беглого верхового пожара 4000-5000 м/ч.

Устойчивый  верховой  пожар -  верховой  пожар,  охватывающий  все компоненты  лесного  биогеоценоза.  При  устойчивом  верховом  пожаре  происходит  сгорание  подстилки,  подлеска,  подроста,  полное  сгорание  хвои,  крупных  веток,  нередко  и  стволов  деревьев.  Скорость  устойчивого  верхового  пожара 300-1500 м/ч.

При  почвенном  пожаре  сгорают  корни  и  деревья  вываливаются.  Скорость  распространения  огня  от  нескольких  десятков  сантиметров  до  нескольких метров в сутки.

По высоте пламени на фронтальной кромке низовые пожары подразделяют на слабые, средней силы и сильные:

слабые - высота пламени до 0,5м;

средние - 0,6-1,5м;

сильные - более 1,5м.

По  интенсивности  (мощности  тепловыделения  с  1  пог.  м.  кромки  пожара)  лесные  пожары  подразделяют  на  слабой,  средней  и  высокой  интенсивности (табл. 3.2.).

Скорость  распространения  кромки  пожара  и  интенсивность  горения не  постоянны  в течение  суток. Во  второй половине  дня (с 12  до 16  ч) наиболее  благоприятные  условия  возникновения  и  распространения  пожаров,  менее  благоприятные  ночью  и  ранним  утром  (с  3  до  7  ч.),  когда  понижается температура  и  повышается  влажность  воздуха,  выпадает  роса  и  влажность горючих  материалов  увеличивается.  В  связи  с  этим,  в  ночное  время  интенсивность  и  скорость  распространения  горения  снижается.  Верховые  пожары ночью,  например,  в  большинстве  случаев  полностью  или  частично  переходят в низовые.

На  интенсивность  пожара  существенное  влияние  оказывает  рельеф  местности.  Так.  при  переходе  с  горизонтальной  поверхности  на  крутой  склон скорость  распространения  кромки  пожара  может  возрастать  в  5-10  и  более раз.  На  южных  склонах,  где  влажность  горючих  материалов  ниже,  пожары возникают чаще и распространяются быстрее. Северные склоны менее пожароопасны.

Возможность  горения  в  лесу  зависит  от  влажности  горючих  материалов. В связи с этим пожарная опасность любого участка не остается постоянной. Могут быть периоды отсутствия пожарной опасности. Эти периоды возникают  вследствие  выпадения  осадков  или  вследствие  разрастания  трав  в конце  весны.  При  продолжительном  периоде  жаркой  сухой  погоды  участки пожарно-зрелой  территории  растут,  сливаются  друг  с  другом  и  захватывают все  большую  часть  лесной  площади.  При  длительной  засухе  становятся  способными  гореть  даже  болота.  Практически  на  всей  территории  леса  возможны пожары.

Кроме  того,  расширяется  круг  источников  тепла,  могущих  вызвать  загорание  лесного  горючего  материала.  Пожар,  охвативший  значительную площадь, чаще всего носит смешанный характер. Он сочетает в себе элементы  различных  видов  и  форм  пожаров,  так  как  лесная  обстановка  обладает большим  разнообразием,  а  характер  горючих  материалов,  количество  и  способность  их  к  горению  различны  на  каждом  участке  леса.  Пожар  обходит участки, где в данных условиях горючий материал неспособен гореть, поэтому  часть  территории  может  быть  вообще  не  повреждена  огнем.  Кромка  пожара.  распространяясь  с  разной  скоростью,  в  зависимости  от  наличия  и  состояния  горючих  материалов,  становится  сложной,  разбивается  на  отдельные участки,  которые  можно  принять  за  отдельные  самостоятельные  пожары.  В дальнейшем  отдельно  действующие  участки  кромки  пожара  могут  сливаться и  опять  распадаться.  В  таких  условиях  затруднительно  выделить  основные элементы  пожара  -  фронт,  фланг,  тыл.  Ориентироваться  в  обстановке  становится сложно.

Кроме  того,  площадь  пожара  оказывает  влияние  на  характер  пожара. Так,  при  площади  15-25  га  и  более  и  количестве  горючего  материала  10-30 т/га  и  более  формируется  развитая  конвекционная  колонка,  поднимающая горящие  материалы  на  значительную  высоту.  При  наличии  ветра  они  перебрасываются  на  большие  расстояния,  что  приводи  к  появлению  многочисленных очагов загорания перед фронтом основного пожара и быстрому охвату огнем больших площадей.

Лекция № 6. Предупреждение пожара специалистами

Цель занятия: Разъяснить студентам причины и источники пожара

Рассматриваемые вопросы

Инспектор Государственного пожарного надзора

Юрист

Строитель -проектировщик

Химик

Токсиколог

Электротехник

Физик

Историк

Эколог

Егерь

Эксперт

6.1. Инспектор Государственного пожарного надзора

Противопожарный режим

Чистота - залог безопасности

Нужно следить за тем, чтобы на территории не скапливались различные горючие отходы (мусор, старые парты, столы, стулья, сухие листья и т.д.). При пожаре этот легкогорючий мусор может способствовать распространению огня.

Иногда после очистки примыкающей территории от опавших сухих листьев их сгребают в кучи и сжигают. Это очень опасно: тлеющие листья ветром могут быть занесены на кровлю здания или в слуховое окно, что может привести к пожару.

Не менее важно осуществлять контроль за состоянием дорог, проездов и подъездов, следить за тем, чтобы они не загромождались, а в зимнее время регулярно очищались от снежных заносов и льда. Делается это для того, чтобы пожарные автомобили всегда имели возможность беспрепятственно проехать на территорию.

Современные пожарные автоцистерны доставляют тот запас воды, которого в большинстве случаев оказывается достаточно, чтобы успешно бороться с пожаром в начальной стадии. Если же пожар принял большие размеры, пожарные используют местные водоисточники: водоемы, пруды, резервуары, противопожарный водопровод с сетью пожарных гидрантов. За всеми этими водоисточниками должен быть обеспечен соответствующий уход.

Что же нужно делать? Необходимо следить, чтобы крышки смотровых колодцев, где расположены подземные пожарные гидранты, не были засыпаны землей и мусором, а на стене ближайшего строения находился указательный знак пожарной безопасности о местонахождении гидранта. Делается это для того, чтобы пожарные могли быстро его разыскать. Во время снежных заносов следует заботиться об очистке упомянутых крышек гидрантов от снега и льда.

План эвакуации

Если возникло загорание, в первую очередь необходимо очень быстро и организованно эвакуировать всех. Малейшая растерянность, паника могут привести к непоправимым последствиям.

В плане эвакуации отражаются вопросы быстрого оповещения всех о пожаре, выхода из горящих или находящихся под угрозой огня и дыма помещений, указываются запасные и основные выходы, через которые они должны эвакуироваться. План эвакуации состоит из двух частей - графической и текстовой. В графической части показывается планировка этажей здания. Планы можно упрощать, изображая конструкции в одну линию, исключать небольшие помещения, не связанные с пребыванием людей. Но все эвакуационные выходы или пути должны быть показаны. Наименование помещений обозначают непосредственно на планах этажей, либо все помещения нумеруют и прилагают экспликацию помещений. Нумеруют эвакуационные выходы и лестницы. Это позволяет сохранить и упростить пояснительную записку к плану эвакуации. Двери на плане эвакуации показывают в открытом виде. Если при эксплуатации отдельные выходы закрыты, на плане эвакуации дверной проем изображают закрытым и отмечают местонахождение ключей с надписью «Ящик с ключом от наружной двери».

На план наносят стрелки, указывающие маршруты движения людей, исходя из наименьшего времени  выхода и большей надежности путей эвакуации.

Пути эвакуации делят на основные, которые обозначают сплошными зелеными линиями со стрелками, и резервные, которые обозначают пунктирными линиями со стрелкам.

Практика показывает, что при пожаре не всегда удается вывести людей наружу через лестницы. Нередко люди спасаются, выходя на кровлю и в другие воздушные зоны. Если такие зоны имеются, то выходы на них, как резервные, показывают на плане эвакуации.

Кроме маршрутов движения, обозначают места нахождения ручных пожарных извещателей, огнетушителей, пожарных кранов, телефонов и другого оборудования.

Графическую часть плана эвакуации в рамке под стеклом вывешивают на видном месте, обычно при входе на этаж. Текстовая часть плана эвакуации утверждается руководителем объекта и представляет собой таблицу, содержащую перечень действий при пожаре, порядок и последовательность действий, должности и фамилии исполнителей. Предписываемые действия должны быть тщательно продуманы и конкретно указаны.

Первое действие - вызов пожарной охраны. Для того, чтобы вызов был четким, приводят текст вызова. Второе действие - объявление об эвакуации. Объявление должно делаться спокойно, но повелительным и внушительным тоном. Это может происходить по громкоговорящей системе оповещения, при этом по всему зданию транслируется заранее подготовленный текст.