Понятие о процессе горения

Горением называют физико-химический процесс, характеризую­щийся следующими признаками: химическими превращениями, выде­лением тепла и света. Для того чтобы возникло устойчивое горение, необходимо наличие трех факторов: горючего вещества (материала, смеси), окислителя и источника зажигания.

Химическая реакция горения, идущая с выделением значитель­ного количества тепла, почти всегда сопровождается различного рода физическими явлениями. Так, в процессе горения происходит перенос тепла реагирующих веществ и продуктов горения из одно­го места в другое. Все процессы, происходящие в зоне реакции горения, взаимосвязаны - скорость химических реакций определяется уровнем теплопередачи и скоростью диффузии вещества и, наоборот, физические параметры (температура, давление, скорость переноса вещества) зависят от скорости химической реакции.

Горючее вещество. Все вещества и материалы, обращающиеся в производстве, используемые в качестве сырья, полуфабрикатов, строительных конструктивных элементов, подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.

Негорючими называются вещества и материалы, не способные к горению в воздухе нормального состава. Негорючие вещества и материалы составляют значительную группу. К ним относятся все естественные и искусственные неорганические вещества и материалы, применяемые в строительстве металлы, а также гипсовые или гипсо-волокнистые плиты при содержании органической массы до 8%, минерало-ватные плиты на синтетической, крахмальной или битумной связ­ке при содержании ее по массе до 6%.

Трудногорючими называются вещества (материалы), способные загораться под действием источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления. К ним относятся вещест­ва и материалы, состоящие из негорючих и горючих составляющих, например: асфальтобетон, гипсовые и бетонные материалы, содер­жащие более 8% по массе органического заполнителя; минерало-ватные плиты на битумной связке при содержании ее от 7 до 15%; глиносоломенные материалы объемной массой не менее 900 кг/м³; войлок, пропитанный глиняным раствором; древесина, подвергнутая глубокой пропитке антипиренами; цементный фибролит; отдельные виды конструкционных пластмасс и т. п.

Горючими называются вещества (материалы, смеси), способные к самостоятельному горению в воздухе нормального состава. К ним относятся все вещества и материалы, не отвечающие требо­ваниям, предъявляемым к негорючим и трудногорючим веществам и материалам, например: авиационные топлива, спирты, органиче­ские и неорганические масла, декоративно-отделочные материалы на основе пластмасс, текстильные материалы, магний, натрий, сера и другие материалы и химические вещества.

В свою очередь, все горючие вещества и материалы подразделяются на три подгруппы: легковоспламеняющиеся, средней воспламеняемости, трудновоспламеняющиеся.

Легковоспламеняющимися называются вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры, накаленного электрического провода и тому подобных источников зажигания с низкой энергией.

Среднюю воспламенимость имеют вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться от длительного воздействия источника зажигания с низкой энергией.

Трудновоспламеняющимися называются вещества (материалы, смеси), способные воспламеняться только под воздействием мощ­ного источника зажигания, который нагревает значительную часть вещества до температуры воспламенения.

К подгруппе легковоспламеняющихся веществ и материалов в первую очередь относятся газы и легковоспламеняющиеся жидкости.

К легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) из всех жидкос­тей, обращающихся в производстве, относятся горючие жидкости с температурой вспышки, не превышающей + 61° С в закрытом тиг­ле. Они делятся на три разряда:

I — особо опасные ЛВЖ с температурой вспышки до — 18° С;

II — постоянно опасные ЛВЖ с температурой вспышки от — 18 до 23° С;

III — ЛЖВ, опасные при повышенной температуре воздуха или жидкости с температурой вспышки от 23° до 61° С.

Температурой вспышки называется самая низкая (в условиях специальных испытаний) температура горючего вещества, при кото­рой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их об­разования еще недостаточна для устойчивого горения. Для ЛВЖ температура вспышки на 1 —5° С ниже температуры воспламенения.

Температурой воспламенения называется температура горюче­го вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы с та­кой скоростью, что после воспламенения их от источника зажигания возникает устойчивое горение.

Практически все горючие и трудногорючие вещества и материа­лы горят в паровой или газовой фазе, исключение составляют ти­тан, алюминий, антрацит и ряд других. Горючие вещества и материа­лы могут различаться по химическому составу, агрегатному состоянию другим свойствам, исходя из чего процессы подготовки их к горению протекают по-разному. Газы вступают в реакцию горения If Практически без каких-либо изменений, так как их перемешивание с окислителем (кислородом воздуха) происходит при любых температурах среды и не требует значительных дополнительных затрат f энергии. Жидкости должны сначала испариться и перейти в парообразное состояние, на что затрачивается определенное количество тепловой энергии, и только в паровой фазе перемешиваются с окислителем и горят. Твердые вещества и материалы при своей под­готовке к горению требуют значительно большее количество энергии, так как сначала они должны либо расплавиться, либо разло­житься. Расплавленные или разложившиеся вещества и материалы должны испариться и перемешаться с окислителем, после чего под воздействием источника зажигания возникает процесс горения. Кау­чук, резина и другие пластические материалы, а также магний и его, сплавы перед воспламенением плавятся и испаряются (при этом пластмассы разлагаются). Такие материалы, как бумага, древесина, хлопчатобумажные ткани и отдельные виды конструкционных пласт­масс при нагревании разлагаются с образованием газообразных про­дуктов и твердого остатка (как правило, угля).

Окислитель. Окислителем обычно служит кислород воздуха. Воз­дух по своему составу представляет собой смесь многих газов, ос­новными из которых являются: азот (N₂)— 78,2% по объему и 75,5% по массе; кислород (О₂) — 20,9% по объему и 23,2% по массе; инерт­ные газы (Не, Ne, Аг, Кг) — 0,9% по объему и 1,3% по массе. Помимо данных газов в воздушном объеме всегда присутствует незначительное количество углекислого газа, водяных паров и пыли. Все эти составляющие воздуха, кроме кислорода, при горении органических веществ и материалов в реакцию горения практически не вступают. Кислород, азот и инертные газы считаются постоянными составными частями воздуха. Содержание же углекислого газа, водяных паров и пыли непостоянно и может изменяться в зависимости от условий, в которых протекает тот или иной процесс горения.

Источник зажигания. Им может быть горящее или накаленное тело, а также электрический разряд, обладающие запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения других веществ.

На практике существуют или возникают различные явления, по­вышающие температуру веществ и материалов, находящихся в производстве или на хранении, что в большинстве случаев приводит к возникновению процесса горения как локально, так и во всем объеме горючего вещества или материала. К источникам зажигания относят­ся: искры, образующиеся при ударах металла о металл или другие твердые материалы; искры и капли расплавленного металла при ко­ротких замыканиях в электрооборудовании и при производстве сварочных и других огневых работ; нагрев электрических проводов при перегрузках электрических сетей; механический нагрев трущихся деталей машин, биологический нагрев при окислении растительных масел и ветоши, смоченной этими маслами; горящие спич, окурки и т. п. Характер воздействия этих источников зажигания неодинаков. Так, искры, образующиеся при ударах металлических предметов, как источник зажигания имеют весьма малую мощность и способны воспламенить только газопаровоздушные смеси: метано-воздушную, ацетиленовоздушную, сероуглеродно-воздушную и др. Искры, возникающие при коротких замыканиях в электрооборудова­нии или при электросварке, обладают мощной воспламеняющей спо­собностью и могут вызвать горение практически всех горючих веществ и материалов независимо от их агрегатного состояния.

Горючая среда. При возникновении и протекании процесса го­рения горючее вещество и окислитель являются реагирующими ве­ществами и представляют собой горючую среду, а источник зажи­гания является стартером процесса горения. При установившемся горении источником зажигания еще не горящих веществ и материа­лов служит теплота, выделяющаяся из зоны реакции горения.

Горючие среды могут быть физически однородными (гомоген­ными) и неоднородными (гетерогенными). К первым относятся среды, в которых горючее вещество и окислитель (воздух) равномерно пе­ремешаны: смеси горючих газов, паров и пылей с воздухом. Приме­рами горения однородной среды могут служить: горение паров, под­нимающихся со свободной поверхности жидкости (разлитого авиа­топлива ТС-1 при авиационном происшествии); горение газа, выте­кающего из поврежденного баллона или трубопровода; взрывы газо-, паро- и пылевоздушных смесей. К гетерогенным относятся среды, в которых горючее вещество (материал) и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела: твердые горючие вещества и материа­лы, струи горючих газов и жидкостей, поступающие в воздух под высоким давлением, и т. п. Примером горения неоднородной среды является горение титана, алюминия, антрацита или нефтяных и га­зовых фонтанов, когда нефть и газ поступают, в зону горения под большим давлением и имеют весьма значительные скорости истече­ния.

Пламя. Пространство, в котором сгорают пары, газы и взвеси, называется пламенем. Пламя может быть кинетическим или диффу­зионным в зависимости от того, горит ли заранее подготовленная смесь паров, газов или пыли с воздухом или такая смесь образует­ся непосредственно в зоне пламени в процессе горения. Процессы, протекающие в кинетическом пламени, характеризуются высокими скоростями протекания реакции горения (линейная скорость распро­странения пламени может превышать 1000 м/с) и, как правило, пред­ставляют собой взрыв горючей среды, сопровождающийся высоким уровнем тепловыделения и резким повышением давления в зоне го­рения.

В условиях пожара практически все газы, пары, жидкости и твер­дые вещества и материалы горят диффузионным пламенем. Струк­тура данного пламени существенно зависит от сечения потока горю­чих паров или газов и его скорости. По характеру этого потока разли­чают ламинарное и турбулентное диффузионное пламя. Первое возникает при малых сечениях потока горючих паров или газов, движущихся снебольшой скоростью (пламя свечи, спички, газа в горелке домашней плиты и т. п.). На пожарах при горении различных веществ и материалов образуется турбулентное диффузионное пламя, минарное и турбулентное пламя представляет собой зону реакции горения, которая окружает зону паров или газов, последняя практически занимает весь объем зоны горения. Зона реакции горения иффузионном пламени представляет очень тонкий (всего несколько микрометров) слой, в котором происходит выделение тепла и светурбулентное пламя в отличие от ламинарного характеризуется I, что не имеет четких очертаний, постоянных сечений и положений фронта пламени.

Температура в зоне паров значительно ниже, чем в зоне реакции.

В пламени авиационных топлив температура потока паров около поверхности жидкости приближается к температуре ее кипения (для авиатоплива ТС-1 эта температура лежит в пределах 150 — 280° С). По мере движения потока паров к зоне реакции их температура по­вышается сначала за счет теплового излучения пламени, а затем - диффузии из зоны реакции нагретых продуктов сгорания. В резуль­тате нагрева происходит термическое разложение (диссоциация) парообразных веществ, и образующиеся свободные атомы и радика­лы совместно с продуктами сгорания поступают непосредственно в зону реакции, т. е. в пламя. Атомы углерода, поступая в зону реак­ции горения, нагреваются и начинают светиться, образуя так называемое светящееся пламя. Температура зоны реакции горения меня­ется по высоте пламени. В нижней части пламени температура сни­жается за счет расхода значительного количества тепла на нагрев массы холодного воздуха, поступающего в зону горения, и является минимальной для каждого вида горения. Наибольшая температура развивается в средней части пламени, поскольку в верхней скорость реакции уменьшается за счет падения концентрации реагирующих компонентов (выгорания), в связи с чем падает уровень тепловы­деления и снижается температура.

Парциальное давление кислорода воздуха в нормальных условиях равно 228,72 кПа, а в зоне реакции горения — 0, поэтому в ре­зультате разности парциальных давлений кислород из окружающего воздуха диффундирует (фильтруется, просачивается) через слой продуктов сгорания к зоне реакции. Поступление же в зону реакции горения горючих компонентов практически ничем не ограничивается. Таким образом, скорость реакции горения при развившемся процессе зависит в основном только от количества кислорода, поступающего в зону реакции, т. е. от скорости его диффузии. В случае горения неоднородной среды проникновению кислорода в зону реакции также препятствуют продукты сгорания, выделяющиеся в пространство, примыкающее к зоне реакции.

Отсутствие достаточного количества кислорода в зоне реакции горения тормозит скорость ее протекания. Если бы этого торможения не происходило, то все реакции горения, происходящие в атмосфере, протекали бы с постоянно возрастающей скоростью и заканчивались взрывом реагирующих веществ. Процессы горения, как и все химические процессы, протекают с различными скоростями, зависящими от условий, в которых они протекают, от природы реагирующих веществ, от их агрегатного со­стояния. Например, взрывчатые вещества разлагаются в тысячные доли секунды, а химические процессы в земной коре длятся сотни и тысячи лет. Взаимодействие веществ в газовой и паровой фазах про­текают значительно быстрее, чем в жидком, а тем более твердом со­стоянии. Так, разлитое авиационное топливо ТС-1 сгорает относи­тельно медленно, образуя коптящее пламя (неполное сгорание), а подготовленная паровоздушная смесь этого топлива с воздухом сго­рает со взрывом. Скорость взаимодействия твердых веществ и ма­териалов с окислителем резко изменяется в зависимости от степени их измельченное. Например, алюминий и титан, медленно горя­щие в слитках, при наличии особых условий могут образовывать в пылевидном состоянии взрывоопасные пылевоздушные смеси, разви­вающие при горении давления взрыва соответственно в 0,62 и 0,49 МПа.

Горение как химический процесс во всех случаях происходит одинаково. Однако как физический процесс оно отличается по харак­теру протекания реакции горения, поэтому процессы горения в на­чальной стадии делятся на следующие виды: самовозгорание, воспла­менение и самовоспламенение.

Самовозгорание. Отдельные вещества (материалы, смеси) при хранении и в процессе эксплуатации технологического оборудования способны самовозгораться. Самовозгорание — это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возник­новению горения вещества в отсутствии источника загорания. К ве­ществам, способным самовозгораться, относятся растительные и жирные масла, тряпки и ветошь, смоченные растительными масла­ми, сульфиды железа и другие индивидуальные химические вещест­ва. Растительные и жирные масла (подсолнечное, льняное, конопля­ное, кукурузное, животные жиры и т. п.) относятся к классу жиров и представляют собой смесь глицеридов высокомолекулярных жир­ных кислот. Молекулы этих кислот имеют ненасыщенные (двойные) связи, способствующие при определенных условиях самовозгоранию данных веществ. Согласно перекисной теории А. Н. Баха окисление может происходить за счет присоединения кислорода к метиленовой группе, находящейся в положении по отношению к двойной свя­зи, с образованием гидроперекиси. Как известно, все перекиси и гид­роперекиси — нестойкие химические соединения. При их распаде образуются свободные радикалы, полимеризующиеся в более круп­ные органические молекулы. При полимеризации всегда выделяется определенное количество тепла, что в конечном результате может привести к самовозгоранию окисляющегося органического вещест­ва. Самовозгорание органических веществ возникает при определен­ных условиях. К ним относятся: содержание в масле или жире гли­церидов высокомолекулярных кар боковых кислот не ниже опреде­ленного минимального количества; наличие большой поверхности контакта с окислителем и малой теплоотдачи; определенное соотношение жиров и масел я пропитанного ими пористого или волокнистого материала.

Сульфиды железа FeS, Fe₂S₃ могут образовываться в технологическом оборудовании складов службы ГСМ авиапредприятий. Они способны самовозгораться на воздухе, особенно в присутствии горючиx паров и газов. Рассмотрим механизм соединения сульфидов железа с кислородом воздуха на примере реакции окисления природного соединения пирита FeS2:

FeS₂ + 2О₂ = FeS + 2SO₂ + 222,3 кДж.

Помимо сульфидов железа могут самовозгораться такие материал ы, как бурый уголь, торф, продукты растительного происхождения: сено, солома, силосная масса и др.

Наиболее опасным является самовозгорание индивидуальных, химических веществ при их неправильном хранении, поскольку этот процесс может привести к пожару на объекте, где хранятся данные вещества. Эти вещества по своим химическим свойствам делятся на три группы: самовозгорающиеся при контакте с воздухом, с водой и друг с. другом.

Вещества, относящиеся к первой группе, мы не рассматриваем, поскольку они практически не встречаются в технологии авиапредприятий.

Ко второй группе относится ряд веществ, из которых наиболь­ший интерес представляют карбид кальция СаС2 и окись кальция СаО. При взаимодействии с водой карбида кальция происходит вы­деление ацетилена, являющегося горючим газом, и значительного ко­личества тепла. При относительно малом количестве воды система карбид кальция — вода может разгореться до 920 К, что может вы­звать взрыв ацетиленовоздушной смеси:

СаС₂ +2Н₂О= С₂Н₂ + Са(ОН) 2+127 кДж.

Помимо карбида кальция, способностью разогреваться до темпе­ратуры свечения при попадании на нее небольших количеств воды обладает окись кальция СаО, что также может привести к загоранию тары и сгораемых конструктивных элементов помещения склада:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + 64,5 кДж.

К третьей группе относятся сильные окислители, индивидуальные Химические вещества, а также органические вещества и материалы. Например, нельзя совместно хранить такие вещества, как перманганат калия и глицерин; концентрированную азотную кислоту со ски­пидаром, этиловым спиртом и сероводородом; галогены с горючими,газами и легковоспламеняющимися жидкостями; серную кислоту с се­литрами, хлоратами, перхлоратами, так как в этом случае между ни­ми возможна химическая реакция, идущая с выделением большого количества тепла.

Воспламенение. Помимо самовозгорания возможно просто возгорание, т. е. возникновение горения под воздействием источника зажигания. Возгорание, сопровождающееся появлением пламени, называется воспламенением. При этом происходит нагрев объема, прилегающего к точке теплового воздействия. В результате повы­шения температуры в указанном объеме происходит распростране­ние тепла на граничащие с ним участки (объемы) горючей среды. Чем большее количество горючего вещества (материала, смеси) вовлекается в процесс горения, тем больше тепла выделяется в ок­ружающее пространство. Таким образом, процесс горения разви­вается самопроизвольно. Источник зажигания в данном случае пер­воначально нагревает только малый объем горючей смеси, в то время как температура всего объема горючей среды может оставаться не­изменной.

Процесс воспламенения различается по своему характеру в зави­симости от вида горючей смеси. Наиболее опасными являются газо­воздушные смеси. Однако и для них минимальная энергия источни­ка воспламенения зависит от многих параметров, основными из кото­рых являются процентный состав смеси, вид горючего вещества, дав­ление смеси, поскольку от этих величин зависят температура воспла­менения, нормальная скорость распространения пламени и темпера­тура горения. Помимо этого на минимальную температуру источни­ка воспламенения оказывает влияние продолжительность его кон­такта с горючей средой.

Воспламенение жидкостей возможно лишь в том случае, если температура окружающей среды или самой жидкости достаточна для испарения такого количества паров, которое необходимо для воз­никновения устойчивого горения. Для различных горючих жидкостей эта температура неодинакова. При температурах ниже температуры воспламенения горение невозможно, так как скорость испарения той или иной жидкости в данном случае слишком мала. С ростом тем­пературы наружного воздуха или самой горючей жидкости при про­чих равных условиях испаряемость жидкостей растет и количество паров становится достаточным для возникновения устойчивого го­рения.

Самовоспламенение. Им называется самовозгорание, сопровож­дающееся появлением пламени. Помимо процессов самовозгорания и воспламенения в практике встречается также процесс самовос­пламенения различных горючих сред. По своей химической природе все эти три процесса не отличаются друг от друга. Разница между ними лежит в физической сущности процесса горения, так как в отли­чие от процессов самовозгорания и воспламенения процесс само­воспламенения идет сразу во всем объеме реагирующей горючей среды. С точки зрения физики, это кинетический процесс горения уже перемешанной и подготовленной смеси, идущий с высокими ско­ростями распространения пламени. При горении паро-, пыле- и газо­воздушных смесей это, как правило, скорости взрыва. Для возник­новения процесса самовоспламенения необходимо, чтобы весь объем горючей смеси имел температуру самовоспламенения данной смеси. Под температурой самовоспламенения понимают самую низкую температуру вещества (материала, смеси), при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Температура самовоспламенения горючего вещества не является постоянной величиной. Она зависит от скоростей тепловыделения и теплоотвода, которыё в свою очередь зависят от объема смеси, концентрации, давления и других факторов. Температура самовоспламенения смесей горючих паров и газов с воздухом изменяется в зависимости от их процентного состава. Самая низкая температура самовоспламенения у стехиометрической смеси или смесей, близких к ней по концентра­циям реагирующих веществ. Температура самовоспламенения твер­дых веществ или материалов находится в обратной зависимости от степени их измельчения: чем выше степень измельченности вещества, тем ниже его температура самовоспламенения. Это связано с тем, что с измельчением веществ и материалов резко возрастает площадь контактной поверхности этих горючих компонентов и окислителя.

 

ПОЖАР И ЕГО РАЗВИ1ИЕ

Классификация пожаров. Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальной ущерб. Неконтролируемое горение вне специального очага, не причинившее ущерба, называется загоранием. Основным фактором, определяю­щим материальный ущерб, наносимый пожаром, является стоимость сгоревших или пришедших в негодность конструкций зданий и соору­жений, конструктивных элементов воздушных судов, оборудования и т. п. Иногда пожары приводят к гибели людей в результате их от­равления дымом, содержащим высокотоксичные продукты термичес­кого разложения пластмасс и продуктов неполного сгорания, а также воздействия высокой температуры пожара, высокого уровня теплового излучения пламени и других причин.

Пожары классифицируются:

по внешним признакам — на наружные и внутренние, одновре­менно наружные и внутренние, открытые и скрытые, одновременно открытые и скрытые;

по месту возникновения — на воздушных судах, в зданиях, на открытых площадках, на лесных массивах и т. д.;

по времени введения сил и средств — на незапущенные и запу­щенные.

Все пожары отличаются друг от друга своими параметрами. Не­возможно отыскать даже двух пожаров, абсолютно идентичных по параметрам развития. Однако для всех пожаров характерно нали­чие определенных явлений, без знания и учета которых невозможна организация борьбы с пожарами. К этим явлениям относятся:

взаимодействие в слое пламени горючего вещества с кислоро­дом воздуха иди другим окислителем;

выделение в зоне горения тепла и продуктов сгорания;

передача тепла и распространение продуктов сгорания;

при горении в замкнутых объемах термическое разложение горючих материалов и веществ с выделением в воздушный объем вы­сокотоксичных веществ — продуктов неполного сгорания.

Помимо этого, пожары могут сопровождаться обрушением кон­структивных элементов зданий и сооружений, интерьера пассажир­ских салонов, деформацией и разрушением планера воздушного суд­на, взрывами крыльевых и центропланных топливных баков воздуш­ных судов, образованием взрывоопасных смесей продуктов неполно­го сгорания с кислородом воздуха и т. п.

Зоны пожара. Пространство, в котором происходят пожар и со­провождающие его явления, делится на три зоны: горения, теплово­го воздействия и задымления.

Зона горения представляет собой часть пространства, в кото­рой происходят подготовка горючих веществ и материалов к горе­нию (расплавление, испарение, разложение) и их непосредственное горение. Она включает в себя объем паров и газов, ограниченный тонким слоем пламени и поверхностью горящих веществ, с которой па­ры и газы поступают в объем зоны и пламя.

Зона теплового воздействия представляет собой часть простран­ства, окружающего зону горения. Тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния вещества и материала и делает невозможным пребывание в этой зоне людей без средств тепловой защиты. При наличии в зоне горючих веществ и материалов проис­ходит их термическая подготовка к горению и создается реальная угроза дальнейшего распространения пожара. При пожарах внутри помещений тепловое воздействие ограничено конструктивными эле­ментами, тепло передается главным образом конвекцией и теплопро­водностью. При наружных, пожарах тепловое воздействие в виде теп­лового излучения распространяется во все стороны полусферы, не экранируемые конструкциями зданий, планером воздушного судна или другими сооружениями и' оборудованием.

Зона задымления представляет собой часть пространства, примы­кающую к зоне горения и заполненную дымовыми газами и продук­тами термического разложения в концентрациях, создающих угрозу жизни и здоровья людей и затрудняющих действия пожарно-спасательных подразделений по проведению аварийно-спасательных ра­бот

Все перечисленные зоны на каждом пожаре различны как по раз­мерам и форме, так и по характеру протекания процессов.

Параметры пожара. Они не постоянны и изменяются во време­ни. Изменение их от начала возникновения горения до его прекра­щения называется развитием пожара. Условия развития пожара характеризуются следующими основными параметрами: линейной скоростью распространения огня по поверхности горючих веществ и материалов, удельной теплотой пожара, количеством горючих ве­ществ и материалов в зоне горения, размерами пламени, скоростью выгорания горючих веществ и материалов, скоростью прогрева и задымления воздушного объема при внутри объемных пожарах.

Линейная скорость распространения огня (фронта пламени) по поверхности горючих веществ и материалов характеризует начальную стадию развивающегося пожара и зависит от многих параметров: вида горючих веществ и материалов, их химического состава и агрегатного состояния, температуры наружного воздуха при •дарении жидкостей, температуры зоны горения, метеоусловий и т. п. от линейной скорости зависит время протекания начальной стадии пожара, когда идет рост его площади. Этот параметр является решающим при определении продолжительности введения средств тушения и их суммарной подачи. Линейная скорость распространения огня может составлять в среднем для авиатоплива ТС-1 от 1,2 до •3,4 м/с, а для декоративно-отделочных материалов пассажирских салонов от 0,8 до 1,2 м/мин.

Удельная теплота сгорания при пожаре (МВт/м²) представляет собой количество теплоты, выделяющееся при пожаре с единицы площади в единицу времени

9o=PQfiu_m,

где р — коэффициент химического недожога, равный 0,8—0,9; QS — низшая удельная теплота сгорания горючего материала, МДж/кг — удельная массовая скорость выгорания материала, кг/(м²- с).

Площадь выгорания жидкостей при расчетах относят к площади j;зеркала жидкости в спокойном состоянии. Анализ протекания процесса пожара авиатоплива ТС-1 показывает, что начальная стадия развития пожара, характеризующаяся постоянным увеличением теп­лового потока, в зависимости от различных условий может длить­ся от 1 до 4 мин.

Общая теплота сгорания при пожаре (МВт), от которой зависит характер теплового воздействия пожара,

q = <7ол(и,т)²= доЕ„,

где vi — линейная скорость распространения огня, м/с; т — свободное вре­мя горения, с; f_n — максимальная площадь пожара, м².

Продолжительность, скоротечность, размеры пожара, а следо­вательно, время и результаты воздействия его факторов на элемен­ты зданий, сооружений, воздушных судов, а также на людей, нахо­дящихся в его зонах, во многом определяются размерами и характе­ром горючей загрузки. Под ней понимается количество (масса) всех сгораемых и трудносгораемых веществ, материалов и конструктив­ных элементов, находящихся в помещении или на открытой площад­ке, отнесенное к единице площади пола помещения или открытой площадки. При пожарах на ВС горючая загрузка может достигать больших значений. Например, для самолета Ил-62 она равна ~200 кг/м², из которых при полной топливной загрузке 130 кг/м² состав­ляет авиационное топливо ТС-1, являющееся легковоспламеняющей­ся жидкостью III разряда.

Пламя. Это внешнее проявление горения газа, пара или взвеси. Пламя образуется тонким газовым слоем (оболочкой), в котором и происходит собственно горение. Этот газовый слой обычно имеет высокую температуру, развивающуюся за счет тепла, выделяющегося в результате горения. Горение всех веществ и материалов, при­меняющихся в самолетостроении и при эксплуатации воздушных судов (авиатоплива, гидрожидкости, спиртов, декоративно-отделоч­ных материалов, магниевых сплавов), сопровождается пламенем. Об­разование пламени обусловлено тем, что практически все горючие материалы под воздействием тепла источника воспламенения выде­ляют горючие пары и газы. Отдельные металлы (титан, алюминий) могут гореть на поверхности детали или слитка.

Пламя всегда излучает тепло. Это излучение при послеаварийных пожарах во время авиационных происшествий может иметь са­мое различное значение (от 135 кВт/м² при горении авиатоплива и пластмасс до 6180 кВт/м² при горении магниевых или титановых сплавов). Характер пламени во многом зависит от количества кисло­рода, содержащегося непосредственно в горящем веществе. Если в состав вещества входит 50% и более кислорода, то пламя несветя­щееся. Если содержание кислорода 50%, то пламя становится светя­щимся. При содержании углерода более 80% вещества и материалы горят светящимся пламенем, в котором содержится большое коли­чество сажи (коптящее пламя). Коптящим пламенем горят практиче­ски все материалы, находящиеся на борту воздушного судна. Исклю­чение составляют пламени спиртов и металлов, последние при горе­нии выделяют плотный белый дым.

Основным горючим материалом при наземных послеаварийных пожарах на воздушных судах служит авиатопливо, вытекающее из разрушенной топливной системы потерпевшего аварию самолета и покрывающее некоторую площадь. В случае его воспламенения об­разуется пламя различных размеров как по площади, так и по высо­те. Площади, занимаемые разлитыми авиатопливами, могут быть весьма значительными (для воздушных судов 8-й категории УТПЗ расчетная площадь возможного пожара равна 1320 м²). Принимая во внимание максимально возможную высоту пламени, можно пред­ставить себе хотя бы приближенно объем зоны горения. Для воздуш­ных судов 8-й категории УТПЗ этот объем может составлять около 20 000 м³.

Поскольку пламя, представляющее истинную поверхность го­рения, является турбулентным и постоянно изменяет свои геометри­ческие размеры и очертания, для удобства расчетов за поверхность горения принимается поверхность жидкости или твердых материалов, с которой пары и газы поступают в зону горения.

Скорость выгорания. Различные горючие вещества и материалы имеют разные⁴ скорости выгорания. За скорость выгорания прини­мается изменение массовых или геометрических параметров горю­чего вещества или материала во времени в процессе его горения. Ско­рости выгорания могут быть массовыми, объемными или линейными и соответственно иметь следующие размерности: кг/(м²- с), мм/мин, см/ч. Например, для авиатоплива ТС-1 эти скорости равны: мас­совая 4,8- 10~³ кг/(м²- с) и линейная 3,6 мм/мин (по высоте столба жидкости).

Скорость выгорания зависит от ряда параметров, основными из которых являются химический состав и агрегатное состояние вещества или материала. Наибольшими скоростями выгорания обладают вещества и материалы, имеющие высокую степень раздробленности, К т. е. газы, пары и пыли. Гораздо меньшие скорости выгорания имеют жидкости и относительно невысокими скоростями выгорания обла­дают твердые горючие вещества и материалы. Причем, чем тверже и тяжелее вещество или материал, тем меньше его скорость выгорания.

Знание скорости выгорания того или иного горючего материа­ла необходимо при проведении расчетов для организации работы пожарно-спасательных подразделений и обеспечения тепловой за­щиты людей, техники и конструктивных элементов объектов в случае возникновения пожара.

При горении различных по своему составу веществ и материалов выделяются неодинаковые количества тепла. Количество тепла, вы­делившееся при полном сгорании единицы массы или объема горю­чего вещества, называется теплотой сгорания. Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Высшей удельной теплотой сгорания Qв называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 кг или 1 м³ горючего вещества при условии, что содержа­щийся в нем водород сгорает с образованием жидкой воды. Низшей удельной теплотой сгорания QS называется количество тепла, выде­ляемое при сгорании 1 кг или 1 м³ горючего вещества при условии сгорания водорода до образования водяного пара и испарения вла­ги, содержащейся в горючем веществе или материале.

В расчетах принимают низшую удельную теплоту сгорания. Так, низшая удельная теплота сгорания отдельных материалов, которые могут гореть при пожаре, сопровождающем авиационное происшест­вие, равна: авиационного топлива ТС-1—42,91 МДж/кг; пороло­на (пенополиуретана)—24,28 МДж/кг; органического стекла — 27,72 МДж/кг.

Основные виды теплопередачи. При пожарах все тепло, выде­лившееся в результате сгорания различных веществ и материалов, передается в окружающую среду посредством теплопередачи. Тепло­п