Тема 3 Прекращение горения Лекция 3 2 Огнетушащие

Тема 3. Прекращение горения Лекция 3. 2 Огнетушащие средства. Часть I

Учебные вопросы 1. Классификация огнетушащих средств по механизму действия с позиций тепловой теории прекращения горения. 2. Вода, как огнетушащее средство. 3. Воздушно – механические пены.

Концентрация нейтральных разбавителей 25 - 30% СО 2, 30 - 35% Н 2 О, 35 - 40% Не, N 2 50 - 55% Ar Энергия зажигания газо- и паровоздушных смесей углеводородов 0, 1 м. Дж водород-воздушных смесей 0, 01 м. Дж Минимальная теплота сгорания газовоздушных смесей, ГЖ, ТГМ ~ 1830 к. Дж/м 3 Концентрация О 2 в атмосфере 10 - 15 об. % Предельные величины VPП. min по газовоздушным смесям 0, 02 – 0, 04 м/с по ТГМ 0 м/с Давление водородкислородной смеси 0, 01 атм углеводородовоздушных смесей 0, 1 атм Vм. min ГЖ и ТГМ 0, 003 – 0, 005 кг/(м 2 с) Тсв парафинов ~ 200°С

Вопрос 1. Классификация огнетушащих средств по механизму действия с позиций тепловой теории прекращения горения Для прекращения горения необходимо снизить температуру в зоне химических реакций до температуры потухания (ТП=1000 о. С) путем нарушения теплового равновесия, которое можно осуществить: 1. снижением интенсивности тепловыделения в зоне реакции; 2. повышением интенсивности теплоотвода; 3. одновременно снижением интенсивности тепловыделения и повышением интенсивности теплоотвода.

Огнетушащие средства (ОС) - различные вещества и материалы, с помощью которых можно непосредственно создавать условия прекращения горения. Механизм прекращения горения огнетушащими средствами основан на снижении температуры горения до температуры потухания следующими способами: 1. охлаждением фронта пламени или горючих компонентов веществами, обладающими большой теплоемкостью или большой теплотой фазового перехода; 2. изоляцией зоны горения (фронта пламени) от паров или горючих газов; 3. разбавлением реагирующих веществ инертными газами; 4. введением в зону реакции химически активных веществ тормозящих химические реакции окисления и повышающих энергию активации.

Классификация ОС по агрегатному состоянию 1. Жидкие (вода и водные растворы). 2. Твердые (порошковые составы, песок, земля). 3. Газообразные (негорючие и инертные газы, водяной пар, хладоны).

Классификация ОС по механизму прекращения горения 1. Охлаждающие зону реакции или горящие вещества (вода, раствор воды со смачивателем, водные растворы солей, твердый диоксид углерода и др. ). 2. Разбавляющие реагирующие вещества в зоне реакции горения (водяной пар, инертные газы, диоксид углерода, азот, дымовые газы, газоводяные смеси, продукты взрыва ВВ, тонкораспыленная вода, летучие ингибиторы, образующиеся при разложении галоидоуглеводородов и др. )

Классификация ОС по механизму прекращения горения 3. Химически тормозящие реакцию горения (галоидоуглеводороды; составы на основе галоидоуглеводородов; водобромэтиловые растворы, огнетушащие порошковые составы). 4. Изолирующие реагирующие вещества от зоны горения (химическая и воздушномеханическая пена; огнетушащие порошковые составы; негорючие сыпучие вещества и материалы (песок, земля, шлаки, флюсы, графит, листовые материалы: покрывала, щиты)).

Вывод по первому вопросу l l Классификация огнетушащих средств по механизму прекращения горения, производится по доминирующим признакам, хотя любое ОС оказывает комбинированное влияние на процесс горения. Снижение температуры в зоне реакции происходит во всех случаях, т. е. при любом механизме прекращения горения. А охлаждение горючих веществ целесообразно только в тех случаях, когда снижение их температуры до определенного уровня может привести к прекращению процесса горения. Это зависит от агрегатного состояния горючего материала.

Вопрос 2. Вода, как огнетушащее средство Использование воды в качестве ОС обусловлено ее доступностью, дешевизной. Она эффективна при тушении пожаров, связанных с горением веществ, находящихся во всех трех агрегатных состояниях. Поэтому ее широко применяют для тушения пожаров практически повсеместно, кроме тех редких случаев, когда ее применить нельзя.

Воду нельзя применять для тушения пожаров в следующих случаях: 1) Нельзя тушить горючие вещества и материалы, с которыми вода вступает в интенсивное химическое взаимодействие, с выделением тепла или горючих компонентов: l щелочные и щелочноземельные металлы, их гидриды, карбиды (выделяется водород, возможен взрыв); l алюминий, магний, цинковая пыль (разлагают воду на водород и кислород); l гремучая ртуть, нитроглицерин, серный ангидрид, гидросульфит натрия, триэтилалюминий взрываются от удара струи воды; l железо кремнистое, фосфид кальция и натрия (выделяется газ фосфин, самовоспламеняющийся на воздухе);

Взаимодействие щелочных металлов с водой

Самовоспламенение фосфина

1) Нельзя тушить горючие вещества и материалы, с которыми вода вступает в интенсивное химическое взаимодействие, с выделением тепла или горючих компонентов: l l l селитры (подача струи воды в расплав ведет к сильному взрывообразному выбросу и усилению горения); негашеная известь (реагирует с выделением большого количества тепла); титан и его сплавы (реагирует с водой с выделением большого количества тепла, разлагает воду на водород и кислород); битум (выброс и усиление горения); кислоты и щелочи, с которыми вода бурно взаимодействует с выделением тепла; горящее масло (выброс и объемная вспышка)

Разбавление серной кислоты водой

Взаимодействие кипящего масла и воды

Воду нельзя применять для тушения пожаров в следующих случаях: 2. Водой нельзя тушить пожары, с температурой выше 1800 о. С, так как при этом возникает интенсивная диссоциация паров воды на водород и кислород, которые интенсифицируют процесс горения. 3. Нельзя тушить пожары, при которых применение воды не обеспечивает требуемых условий безопасности для личного состава. Например, пожары электроустановок, находящихся под высоким напряжением.

Достоинства воды как огнетушащего средства: l l термическая стойкость, намного превышающая термическую стойкость других негорючих жидкостей (вода разлагается при температуре выше 1800 о. С); доступность и дешевизна; высокая теплоемкость и теплота испарения; относительная химическая инертность.

К отрицательным свойствам воды относятся: l l l высокая температура замерзания, что затрудняет ее применение при отрицательных температурах; сравнительно малая вязкость и высокий коэффициент поверхностного натяжения, ухудшающие смачивающие способности воды, препятствующие проникновению вглубь твердых горючих материалов и, тем самым, снижающие коэффициент ее использования в процессе тушения; электропроводность воды, содержащей примеси.

Механизм огнетушащего действия воды при объемном способе тушения При подаче воды в распыленном и тонкораспыленном состоянии увеличивается площадь одновременного равномерного охлаждения. Распыленная вода быстро нагревается и превращается в пар, отнимая большое количество теплоты из зоны горения. Распыленную воду применяют в основном при небольшой высоте пламени, когда можно подать её между пламенем и нагретой поверхностью, при тушении волокнистых веществ и материалов, пыли, темных нефтепродуктов, для снижения температуры в помещениях, для осаждения дыма, защиты от теплового излучения, для охлаждения нагретых поверхностей строительных конструкций сооружений, установок.

Компактную струю воды применяют в следующих случаях: l l l когда необходимо подать большое количество воды на значительное расстояние (когда близко подойти к очагу горения невозможно), если воде необходимо придать ударную силу (при тушении газонефтяных фонтанов, развившихся открытых пожаров, пожаров в зданиях больших объемов). При этом КПД использования воды очень низкий, т. к. поверхность соприкосновения компактной части струи с зоной горения незначительна, и большая часть воды участия в тушении пожара не принимает. Когда необходимо «поднять» нижнюю кромку факела пламени, т. е. увеличить «мертвую зону» .

Компактную струю воды можно подавать в следующих случаях: l l Для защиты от загорания близлежащих объектов. При тушении крупных развившихся пожаров штабелей древесины, т. к. при таком интенсивном горении распыленные струи не долетят не только к горящей древесине, но не попадут внутрь факела пламени. Они испарятся во внешних зонах факела пламени или унесутся вверх интенсивными газовыми потоками, практически не повлияв на процесс горения.

Механизм огнетушащего действия воды при ее подаче на поверхность горящей жидкости или ТГМ Охлаждение ЛВЖ, ГЖ и ТГМ водой приводит: - к снижению интенсивности или полному прекращению выхода в зону реакции горючих паров ЛВЖ и ГЖ или продуктов пиролиза при горении ТГМ, т. е. к обеднению зоны реакции газообразным горючим компонентом; - к разбавлению зоны реакции окислителем (окружающим воздухом); интенсивности тепловыделения. Это, в свою очередь, вызывает снижение температуры в зоне реакции, т. е. приводит к охлаждению зоны реакции.

Твердый диоксид углерода (углекислота в снегообразном виде) l l l Является ОС охлаждающего действия. При нагревании переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу, что позволяет применять его для тушения материалов, которые портятся при смачивании (из 1 кг углекислоты образуется 500 л газа). Неэлектропроводен, не взаимодействует с большинством горючих веществ и материалов. Используется при тушении горящих электроустановок, двигателей, при пожарах в архивах, музеях, выставках и других местах с наличием особых ценностей. Запрещается тушить загоревшийся магний и его сплавы, а также сплавы металлического натрия и калия (разлагают углекислоту с выделением атомарного кислорода активизирующего процесс горения).

Горение магния в углекислом газе

Вывод по второму вопросу Огнетушащая способность воды обусловлена охлаждающим, разбавляющим действием. Она эффективна при тушении пожаров, связанных с горением веществ, находящихся в любых агрегатных состояниях.

Вопрос № 3. Воздушно-механические пены Пена представляет собой дисперсную двухфазную систему, состоящую из ячеек, заполненных газом или паром и разделенных плёнками жидкости. Газ или пар, заполняющий ячейки, является дисперсной фазой, а жидкость дисперсионной средой. По способу получения пены бывают химические и воздушно-механические.

Физико-химические свойства пен 1. Структура пены - определяется отношением объемов газовой и жидкой фаз в единице объема пены и характеризует ее механические и реологические свойства. Если объем газовой фазы не превышает 74 %, то ячейки пены имеют сферическую форму, газовые пузырьки окружены оболочкой жидкости относительно большой толщины. С увеличением отношения VГ/VЖ толщина пленки жидкости уменьшается, а газовая полость утрачивает сферическую форму и трансформируется в многогранник. Со временем происходит утончение жидких оболочек, изменение структуры пены - старение. В процессе старения шарообразная форма ячеек переходит в многогранную.

Физико-химические свойства пен 2. Кратность пены - кратность пены (КП) - это отношение объема пены VП к объему жидкости Vж, из которой она получена: где VГ - объем газа. Vж – объем раствора, из которого получена пена. l Различают пены низкой кратности (КП < 20), средней кратности (20 < КП < 200) и высокой кратности (КП > 200). 3. Дисперсность пены - величина, обратная среднему размеру пузырьков пены.

Физико-химические свойства пен 4. Теплопроводность пены. Передача тепла в пене происходит через пузырьки газа и через жидкие пленки между этими пузырьками. Из-за наличия газовой фазы теплопроводность пены довольно мала. 5. Электропроводность пены. Электропроводность пен пропорциональна количеству содержащейся в ней жидкости. 6. Стойкость пены - это время существования (жизни) элемента пены (отдельного пузырька, пленки) или определенного её объема. По времени «жизни» пены разделяются на короткоживущие, долгоживущие (моющие, пожарные), безгранично живущие (отвержденные пены вулканизованные, застеклованные).

Механизм прекращения горения пеной 1. Подача пены на поверхность горящей жидкости приводит к ее разрушению и охлаждению прогретого слоя горючей жидкости отсеком пены. В результате уменьшается скорость испарения жидкости, уменьшается концентрация горючего в зоне горения, скорость химической реакции, скорость тепловыделения и Тгор. 2. Как только образуется локальный слой пены на поверхности ГЖ, он с одной стороны экранирует часть горючей жидкости от лучистого теплового потока пламени и охлаждает верхний прогретый слой. С другой стороны - он препятствует поступлению выделяющихся паров горючей жидкости к зоне горения. Следовательно, пена изолирует горючую жидкость (точнее, ее пары) от зоны горения и горение прекращается.

Механизм прекращения горения пеной 3. Разбавление горючей смеси в зоне горения парами воды: при разрушении пены раствор пенообразователя (в основном вода) частично испаряется, а частично стекает вниз. Образовавшиеся пары вместе с парами ГЖ поступают в зону горения. Это приводит к снижению концентрации горючих паров в зоне горения, а, следовательно, к уменьшению скорости реакции тепловыделения и температуры горения. 4. Охлаждение зоны горения парами воды. Пары воды, попавшие в зону горения, снижают концентрацию горючего в объеме зоны горения и охлаждают ее. Это увеличивает потери тепла из зоны реакции, а следовательно, уменьшает Тгор.

Вывод по третьему вопросу Пены – достаточно универсальное средство тушения, применяется для тушения пожаров жидких и твердых веществ, за исключением веществ, взаимодействующих с водой.

Вывод по лекции l l l Основными средствами тушения пожара являются огнетушащие вещества. Огнетушащие вещества должны отвечать определенным требованиям, к которым относятся: высокая огнетушащая способность при низком расходе; экологическая безопасность вещества и отсутствие вредных побочных влияний применении как для людей, так и для технологического оборудования; простота и удобство транспортирования и подачи в очаг пожара; возможность продолжительного хранения без изменения свойств; доступность и относительная неограниченность запасов; экономичность (дешевизна).