Процессы горения, опасности пожара

Основными причинами пожаров в различных сферах деятельности человека являются: неосторожное обращение с открытым огнем, небрежность при курении, курение в постели, алкоголь и курение; короткие замыкания в электросети, самовозгорание материалов; нагревательные приборы, радио- и телеаппаратура, оставленные без присмотра; игры детей со спичками; взрывы.

Пожар — неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и способное вызвать травмы и гибель людей.

Горение — это быстрое окисление, при котором горящее вещество соединяется с кислородом, при этом выделяется энергия в виде тепла и света. Для того, чтобы произошло окисление вещества, его молекулы должны быть окружены молекулами кислорода, поэтому вещества могут гореть только в газообразном состоянии.

Твердые и жидкие вещества в совокупности с кислородом представляют собой неоднородные системы (гетерогенные). При нагревании таких веществ скорость движения молекул повышается; отдельные молекулы отрываются от поверхности, образуя пары, которые окисляются и начинают гореть. Скорость выделения паров у жидкостей выше, чем у твердых веществ, поэтому они горят с большей интенсивностью. Горение твердых и жидких веществ называется диффузионным, оно определяется скоростью диффузии кислорода в горючее вещество.

Смеси горючих газов химически однородные (гомогенные), и они горят в виде взрыва (кинетическое горение). Скорость распространения пламени составляет от 10 до 100 м/с, а температура — порядка 1000°С.

Горение усиливается за счет цепной реакции. Сущность ее заключается в том, что теплота воспламеняет все большее количество паров; при горении которых выделяется большее количество теплоты и т.д.

Для осуществления горения необходимо три элемента: горючее вещество, кислород, теплота, а для поддержания горения требуется наличие цепной реакции. Процесс горения характеризуется пожарным треугольником и более точно пожарным тетраэдром (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Пожарный треугольник (а) и пожарный тетраэдр (б)

 

Горение прекращается, если убрать одну из граней тетраэдра. При пожаре на человека действуют следующие вредные и опасные факторы.

Пламя и искры приводят к общим и местным ожогам и поражению дыхательных путей.

В зоне горения возникает температура 1000...1200°С, а в горящем помещении — 400...600°С, причем скорость нарастания температуры очень высокая. Температура, превышающая 50°С, является уже опасной для человека, а при температуре порядка 200°С человек может находиться не более 5 минут. Действие повышенной температуры приводит к обезвоживанию организма, ожогам, поражениям дыхательных путей, учащенному сердцебиению, сильному нервному возбуждению.

Основным поражающим фактором пожара являются газообразные продукты. К ним относятся: окись углерода СО и двуокись углерода СО₂. Несколько вдохов воздуха с 1,3%-ным содержанием СО приводит к потере сознания, а если человек будет дышать таким воздухом 2...3 минуты, то он погибнет. Избыточная концентрация СО₂ в воздухе уменьшает поступление кислорода в легкие и следствием этого является учащенное дыхание. При содержании кислорода 10...14% начинает теряться ясность сознания и появляется ощущение усталости. При концентрации О₂, ниже 10% происходит потеря сознания.

Полимерные материалы, сгорая, выделяют такие токсичные продукты, как окись углерода, стирол, формальдегид, цианистый водород, фенол, что ведет к отравлениям.

Выделяющийся при пожаре дым состоит из углерода и других несгоревших веществ. В нем присутствуют пары воды, кислоты и других химических соединений, которые могут оказывать раздражающее или отравляющее воздействие. Дым ухудшает видимость в районе пожара, раздражает глаза, нос, горло и легкие.

Опасными факторами пожара являются также обрушения конструкций, потерявших несущую способность, и взрывы, которые приводят к тяжелым травмам и гибели людей.

Пожарная опасность веществ

Пожарная опасность веществ — это возможность возникновения или развития пожара, заключенная в них.

Показателями пожаро- и взрывоопасности веществ являются: группа горючести; температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения; нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения (НКПВ, ВКПВ); температурные пределы воспламенения (НТПВ, ВТПВ).

По горючести твердые (ТВ), жидкие (ЖВ) и газообразные (ГВ) вещества делят на негорючие, трудногорючие (не горят после удаления источника зажигания) и горючие. Горючие вещества по способности к воспламенению делят на легковоспламеняющиеся (загораются от источника с низкой энергией) и трудновоспламеняющиеся (загораются от мощного источника). Горючие газы и пары относятся к легковоспламеняющимся, а жидкости, способные гореть, делят на две группы: легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки t_всп < 61°С (бензин, ацетон, нитроэмаль и др.) и горючие жидкости (ГЖ) с t_всп >61°С (масла, мазут и др.).

ЛВЖ выделяют пары в широком диапазоне температур. Поэтому, например, бензин представляет постоянную пожарную опасность, особенно когда он хранится в открытой емкости. Такие ГЖ, как масла, выделяют пары в количестве, достаточном для их сгорания при подогреве до 200...250°С. Эти температуры быстро достигаются при пожаре, поэтому нефтепродукты, находящиеся вблизи огни, очень быстро загораются.

Температура вспышки оценивается для ТВ и ЖB. Это самая низкая температура, при которой над поверхностью образуются пары, способные вспыхивать от источника зажигания, но горение при этом не происходит, а при температуре воспламенения выделяются горючие пары и после их зажигания внешним источником возникает горение. За температуру самовоспламенения (ТВ, ЖВ, ГВ) принимается наименьшая температура, при которой возникает горение без внешнего воздействия.

НКПВ и ВКПВ (ЖВ, ГВ) — это минимальные и максимальные концентрации горючих газов в воздухе, при которых они загораются. Им соответствуют температурные пределы воспламенения. Область концентраций, лежащая внутри этих границ, представляет собой область воспламенения. Например, смесь, состоящая из 1,4...7,6% паров бензина и 98,6...92,4% воздуха, воспламеняется, а смеси, включающие 9% паров бензина и 91% воздуха или 1% бензина и 99% воздуха, не воспламеняются, так как они лежат зле области воспламенения.