Xreferat.com » Рефераты по безопасности жизнедеятельности » Пожежі, їх види, причини виникнення

Пожежі, їх види, причини виникнення

Размещено на /

ДЕРЖАВНА ПОДАТКОВА АДМІНІСТРАЦІЯ УКРАЇНИ


НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ДЕРЖАВНОЇ ПОДАТКОВОЇ СЛУЖБИ УКРАЇНИ


Факультет Заочний

Кафедра Техногенно - екологічної безпеки


РЕФЕРАТ

З КУРСУ

ОСНОВИ БЕЗПЕКИ ЖИТТЕДІЯЛЬНОСТІ

НА ТЕМУ

Пожежі, їх види, причини виникнення


ВИКОНАВ:

СТУДЕНТ ГРУПИ ФБз - 11

ЛЕПЕХА АНДРІЙ


ІРПІНЬ 2010

Основні причини пожеж


Необережне поводження з вогнем

Порушення правил установлення (монтажу) та експлуатації електроустаткування та побутових електроприладів

Порушення правил установлення (монтажу) та експлуатації приладів опалення

Підпали

Пустощі дітей з вогнем

Несправність виробничого устаткування

За вищевказаними причинами виникає понад 90% усіх пожеж в нашій державі. Існує й ряд інших причин пожеж, які будуть розглянуті в наступних розділах.

Основною причиною пожеж, що має стійке зростання, є необережне поводження з вогнем. Динаміка пожеж за цією причиною наведена на рис. 1.5.

пожежа горіння самозаймання

Пожежі, їх види, причини виникнення

Рис. 1.5. Динаміка пожеж за причиною необережного поводження з вогнем в % від загальної кількості пожеж


Пожежі можна поділити на ПРИРОДНІ та АНТРОПОГЕННІ. До ПРИРОДНИХ належать пожежі, що виникають внаслідок прямих ударів блискавки (розрядів атмосферної електрики), виверження вулканів, самозаймання торфу, вугілля тощо. Кількість таких пожеж незначна – менше 1%.

АНТРОПОГЕННІ пожежі прямо чи побічно пов'язані з людським чинником, тобто з пожежонебезпечною діяльністю людини або невтручанням людини з метою запобігання пожежонебезпечних ситуацій. Такі пожежі виникають у 99 випадках із 100.

Якщо синтезувати на підставі аналізу наявні причини пожеж та виділити головну з них, то ми легко впевнимося, що абсолютна більшість пожеж виникає безпосередньо з вини людини, або через необізнаність з правилами і вимогами пожежної безпеки, або внаслідок несвідомого, поверхового, недбалого ставлення до їх виконання.


Теоретичні основи процесів горіння та вибуху


Наука про горіння – надзвичайно багатобічна галузь. Прояви горіння досить різноманітні: швидке згоряння горючих парів у двигунах внутрішнього згоряння, регулювання спалювання палива в теплоенергетичних установках, утилізація горючих відходів тощо. Наше завдання – розглянути процес горіння відносно до явищ, пов’язаних з пожежами.

ГОРІННЯ можна визначити як екзотермічну реакцію окиснення речовини, яка супроводжується виділенням диму та (або) виникненням полум’я та (або) світінням. ГОРІННЯ є з’єднання кисню або іншого окисника з горючою речовиною.

Дамо визначення вищевказаним явищам:

ПОЛУМ’Я – це зона горіння в газовій фазі з видимим випромінюванням світла.

СВІТІННЯ – безполуменеве горіння матеріалу (речовини) в твердій фазі з видимим випромінюванням світла із зони горіння.

ДИМ – видимі тверді та (або) рідкі частинки в газах, що утворюються в результаті горіння або піролізу матеріалів.

З’єднання окисника з горючою речовиною носить екзотермічний характер, тобто має місце виділення теплової енергії. Для деяких горючих речовин така реакція може початися за нормальними температурами навколишнього середовища під дією безпосередньо кисню повітря або ряду інших стимулюючих чинників. Однак лише у виключних випадках подібні реакції можуть призвести до пожежі, тому що швидкість їх перебігу невисока і у речовин з малою теплопровідністю тепло що розсіюється в навколишнє середовище, викликає незначне підвищення температури речовини.

При певній температурі (температурі займання), що залежить від природи речовини та деяких інших факторів, виникає активізація, різко підвищується рівноважна температура і речовина займається. Для того щоб мало місце спалахування, тобто займання, що супроводжується появою полум’я, речовина повинна розпочати виділяти горючі гази або пари в результаті випаровування, розкладу або хімічної реакції. У протилежному випадку горіння буде безполуменевим.

ДЖЕРЕЛО ЗАПАЛЮВАННЯ – це теплова енергія, що призводить до займання. Це джерело повинно мати певний запас енергії та температуру, достатню для початку реакції. Горюча речовина (пальне) та окисник повинні знаходитися в необхідному співвідношенні один з одним. Як правило, окисник – це кисень повітря, вміст якого в атмосфері, що нас оточує, становить близько 21%.. Умови виникнення горіння

Горючі речовини разом з окисником утворюють горючу систему (горючу суміш).

Широко використовується поняття ГОРЮЧЕ СЕРЕДОВИЩЕ. Це середовище, що здатне самостійно горіти після видалення джерела запалювання.

Горючі суміші, залежно від співвідношення пального та окисника, поділяються на:

бідні, що вміщують у достатку, в порівнянні зі стехіометричним співвідношенням компонентів, окисник;

багаті, що вміщують у достатку пальне.

У разі, коли співвідношення між компонентами горючої суміші таке, що згоряння проходить повністю та в продуктах горіння відсутні вихідні речовини, ми маємо справу зі СТЕХІОМЕТРИЧНОЮ горючою системою.

Для повного згоряння необхідна наявність достатньої кількості кисню, щоб забезпечити повне перетворення пального в його насичені оксиди. При недостатній подачі повітря окиснюється тільки частина речовини. Залишок розкладається з виділенням великої кількості диму. При цьому утворюється найбільш розповсюджений продукт неповного згоряння – оксид вуглецю (СО). Дим складається з твердих та рідких частинок, які залишаються у завислому стані в газоподібних продуктах горіння та пересуваються разом з ними. Речовини, в продуктах розкладу яких вміщується більший процент важких фракцій, наприклад смоли, утворюють густий дим.

На пожежах, як правило, горіння відбувається за браком окисника, що призводить до утворення неповних продуктів горіння та виділення диму. У свою чергу, такі обставини серйозно ускладнюють пожежогасіння внаслідок погіршення видимості або наявності токсичних речовин у повітряному середовищі.

Надлишок повітря, з іншого боку, охолоджує газоподібні продукти горіння. У тих випадках, коли пального небагато, охолодження буває достатньо, щоб загасити вогонь, оскільки температура падає нижче рівня, необхідного для займання. Саме таке явище має місце, коли задувають свічку. У той же час сильний вітер під час лісової пожежі здійснює зворотну дію, тому що маса горючого матеріалу та об’єм газоподібних продуктів горіння надто великі, щоб могло бути здійснено необхідне охолодження.

Горіння деяких речовин (наприклад, ацетилену, оксиду етилену тощо), які здатні при розкладанні виділяти велику кількість тепла, можливо й за відсутності окисника.

Горіння являє собою незворотний процес, тому що з продуктів горіння та термічного розкладу неможливо знову створити речовину, що згоріла. Під час простого згоряння речовини має місце руйнування хімічної структури та визволення дози енергії.

Основні СТАДІЇ ПОЛУМЕНЕВОГО ГОРІННЯ представлені на рис. 2.2.


Пожежі, їх види, причини виникнення

Рис. 2.1 Основні стадії полуменевого горіння


У всіх випадках для горіння характерні три типові стадії: виникнення, поширення та згасання полум’я. Найбільш загальними властивостями горіння є здатність осередку полум’я, яке виникло, пересуватися по всій горючій суміші шляхом передачі тепла або дифузії активних частинок із зони горіння в свіжу суміш. Звідси виникає й механізм поширення полум’я, відповідно ТЕПЛОВИЙ та ДИФУЗІЙНИЙ. Горіння проходить, як правило, за комбінованим тепловим дифузійним механізмом.

Існує два режими проходження горіння:


Пожежі, їх види, причини виникнення

Рис. 2.2. Схема поширення полум’я в гомогенній газовій суміші:

1– скляна трубка; 2 – джерело запалювання;

З – фронт полум’я; 4 – напрямок поширення полум’я

САМОСПАЛАХУВАННЯ – полягає в різкому збільшенні швидкості екзотермічних об’ємних реакцій, що супроводжується полуменевим горінням, тобто – це самочинне виникнення полуменевого горіння попередньо нагрітої до певної критичної температури горючої суміші. Така температура має назву ТЕМПЕРАТУРИ САМОСПАЛАХУВАННЯ.

ПОШИРЕННЯ ФРОНТУ ПОЛУМ’Я (МЕЖІ ЗОНИ ГОРІННЯ В ГАЗОВІЙ ФАЗІ) здійснюється по холодній суміші під час її локального займання (спалахування) від зовнішнього джерела.

Для того, щоб отримати уявлення про поширення фронту полум’я, помістимо гомогенну горючу суміш в скляну трубку, відкриту з одного кінця (рис. 2.3), та запалимо її за допомогою зовнішнього джерела запалювання.

Спочатку полум’я поширюється сферично. При досягненні стінок трубки воно перетворюється в плоский вузький – завтовшки менш 10–6 м фронт, що рухається у бік свіжої суміші. Продукти горіння, що утворюються, об’єм яких внаслідок підвищення температури в декілька разів перевищує об’єм вихідної суміші, витікають з трубки через відкритий кінець. Швидкість переміщення фронту полум’я відносно неспаленого газу по нормалі до його поверхні називається НОРМАЛЬНОЮ ШВИДКІСТЮ ПОШИРЕННЯ ПОЛУМ’Я та позначається UH.

Нормальна швидкість поширення полум’я характеризується мінімальною величиною, не залежить від умов, а тільки лише від хімічного складу горючої суміші та співвідношення пального з окисником. Максимальне значення UH відповідає стехіометричному співвідношенню компонентів горючої суміші. Цей показник має характер фізико-хімічної константи.

У разі закриття вільного кінця трубки, нагріті продукти горіння будуть, як поршень тиснути на полум’я та збільшувати швидкість його переміщення. Сумарна швидкість такого переміщення фронту полум’я називається ВИДИМОЮ ШВИДКІСТЮ ПОЛУМ’Я та позначається 1/В. її можна визначити через співвідношення

Пожежі, їх види, причини виникнення

(2.1)


де ε – ступінь розширення продуктів горіння, що розраховується за формулою


Пожежі, їх види, причини виникнення(2.2)


де η – відношення числа молей продуктів горіння до числа молей вихідної суміші;

Т Г, Т0 – відповідно температури горіння та початкова.

Величина η для вуглеводневих горючих речовин близька до одиниці. Схема дифузійного горіння наведена на рис. 2.4.

У процесі дифузійного горіння полум’я наче стоїть на місці, а в нього втікають з одного боку – горючі пари та гази (зона А), з іншого боку – повітря (зона В).


Пожежі, їх види, причини виникнення

Рис. 2.3. Схема дифузійного горіння:

А – зона горючих парів;

Б – зона горіння;

В – навколишнє середовище (повітря)

Важливішою особливістю всіх процесів горіння є самоприскорювальний характер хімічної реакції.


Пожежі, їх види, причини виникнення

(2.3)


Виходячи з уявлення про кінетику хімічних реакцій, швидкість реакції описується рівнянням Арреніуса:

де [П] та [О] – відповідно концентрації пального та окисника;

А – передекспонента;

а та. b – стехіометричні коефіцієнти, з якими беруть участь в реакції компоненти горючої суміші;

Е – енергія активації, яка потрібна для такого послаблення внутрішньомолекулярних зв’язків, щоб розпочалася реакція;

Т – температура;

R– газова стала.

Самоприскорені перетворення при горінні можуть відбуватися за ТЕПЛОВИМ та ЛАНЦЮГОВИМ механізмами.

Суть теплового механізму полягає в зростанні W зі збільшенням Т, а збільшення Т, в свою чергу, зумовлене екзотермічністю реакції окиснення-відновлення. Згідно з теорією «теплового вибуху», розігрів у горючій суміші при її послідовному нагріванні зовні зумовлюється співвідношенням швидкостей процесів тепловиділення Пожежі, їх види, причини виникнення та тепловідведення з зони реакції Пожежі, їх види, причини виникнення і виникає при досягненні умови:


Пожежі, їх види, причини виникнення

(2.4)

Оскільки Пожежі, їх види, причини виникнення змінюється згідно з рівнянням (2.3) за температурою експоненціально (де Q – тепловий ефект реакції; W – швидкість реакції), а


Пожежі, їх види, причини виникнення(2.5)


змінюється з температурою лінійно, то зі зростанням температури інтенсивність тепловиділення починає випереджати інтенсивність тепловідведення.

У виразі (2.5):

α – коефіцієнт тепловіддачі в стінки реакційної посудини;

S – поверхня посудини;

V – об’єм посудини;

Т, Т0 – температури поточна та початкова.

Таким чином, при безперервному нагріванні горючої суміші обов’язково повинна досягатися умова, що визначена нерівністю (2.4). Найнижча температура, за якої досягається ця умова, є температурою самозаймання. Прискорення реакції може досягатися не тільки через підвищення температури при саморозігріванні протягом екзотермічної реакції, але й в результаті особливого характеру хімічних перетворень при горінні – ЛАНЦЮГОВИХ РЕАКЦІЙ. Носіями таких реакцій є особливо активні частинки: радикали та атоми, які мають вільні валентні зв’язки. Коли ці частинки зштовхуються з вихідними молекулами або продуктами перетворювання, взаємодія між ними має місце при значно менших значеннях енергії активації, ніж при молекулярних процесах. В особливого роду ланцюгових реакціях, що називаються РОЗГАЛУЖЕНИМИ, швидкість реакції бурхливо зростає за рахунок того, що внаслідок взаємодії активного центра з молекулою утворюється декілька активних центрів. Від додатково створених активних частинок виникають власні ланцюги перетворень, які призводять до ще більшого накопичення активних центрів та лавиноподібного зростання швидкості сумарного процесу. У той же час в деяких реакціях активні частинки можуть взаємодіяти з іншими частинками таким чином, що активні центри взагалі не будуть утворюватися, що призведе до розірвання ланцюгової реакції. Кінцевий результат залежить від співвідношення швидкостей реакцій розгалуження та розірвання ланцюгів.

Характерним прикладом розгалуженої ланцюгової реакції є окиснення водню, що проходить за такою схемою:


Пожежі, їх види, причини виникнення


З наведеної схеми видно, що протягом одного циклу перетворень кожний атом водню, що вступає в реакцію, призводить до утворення трьох нових активних частинок, позначених точками над відповідними хімічними символами. Якщо розгалуження проходить частіше, ніж обривання ланцюга, то швидкість реакції буде безперервно зростати, що призведе кінець кінцем до самозаймання. При цьому в даному випадку для прискорення реакції не потрібно нагрівати суміш. Екзотермічний хімічний процес, що розпочався ланцюговим шляхом, супроводжується виділенням тепла, яке призводить до теплового самоприскорення.

Слід відзначити, що в умовах реальної пожежі горіння проходить за комбінованим ланцюгово-тепловим механізмом.

Надзвичайно швидке хімічне перетворення речовини, що супроводжується виділенням енергії та утворюванням стиснених газів, здатних виконувати механічну роботу, називається ВИБУХОМ. Під час вибуху відбувається процес вивільнення великої кількості енергії в обмеженому об’ємі за короткий проміжок часу.

Вибухонебезпечна (або вибухова) суміш, яка заповнює об’єм, в якому була виділена енергія, перетворюється в сильно нагрітий газ з високим тиском. Цей газ з великою силою діє на навколишнє середовище, здійснює утворювання вибухової хвилі. З віддаленням від місця вибуху механічна дія вибухової хвилі послаблюється.

Реальні вибухи газопилоповітряних сумішей мають здебільшого дефлаграційний характер. Як приклад розглянемо процес розвитку вибуху стехіометричної вуглеводнеповітряної суміші в обмеженому просторі. Стехіометричний склад суміші зумовлює розвиток рівномірно поширюваного на всі боки сферичного полум’я. Припустимо, що після займання в центрі хмари цієї суміші полум’я поширюється з постійною швидкістю відповідно до формули (2.1). При цьому буде розвиватися надлишковий тиск, швидкість збільшення якого буде визначатися швидкістю накопичення продуктів горіння, тобто швидкістю розширення сфери, обмежованої фронтом полум’я:


Пожежі, їх види, причини виникнення

(2.6)


де q – об’єм продуктів горіння, м3;

V – об’єм об’єкта, м3.


Пожежі, їх види, причини виникнення

(2.7)

Разом з накопиченням продуктів горіння проходить витікання газів з об’єкта через нещільності та отвори. Витрата газу при цьому визначається за формулою

де µ – коефіцієнт витрати;

f – сумарна площа нещільностей, м2;

W – швидкість витікання газів, м·с-1;

ρ – густина газів, що витікають, кг·м-3.

Підсумований тиск вибуху в кожний момент часу можна визначити спільним розв’язанням обох рівнянь.


Види горіння. Зони й класи пожеж


Залежно від агрегатного стану пального та окисника розрізняють три види горіння:

ГОМОГЕННЕ ГОРІННЯ газів і пароподібних горючих речовин в середовищі газоподібного окисника;

ГЕТЕРОГЕННЕ ГОРІННЯ твердих горючих речовин в середовищі газоподібного окисника;

ГОРІННЯ ВИБУХОВИХ РЕЧОВИН ТА ПОРОХІВ.

Горіння рідких горючих речовин в рідких окисниках є різновидом гетерогенного горіння.

За швидкістю поширення полум’я горіння поділяється на:

ДЕФЛАГРАЦІЙНЕ – швидкість полум’я в межах декількох м·с-1;

ВИБУХОВЕ – швидкість полум’я до сотень м·с-1;

ДЕТОНАЦІЙНЕ – поширюється із надзвуковими швидкостями порядку тисяч м·с-1.

Дозвукове горіння поділяється на ламінарне та турбулентне.

ЛАМІНАРНЕ горіння характеризується пошаровим поширенням фронту полум’я по свіжій горючій суміші, ТУРБУЛЕНТНЕ – змішуванням шарів потоку.

Як нам уже відомо, в процесі горіння утворюються продукти горіння. Крім диму, до них належать:

САЖА – тонкодисперсний аморфний вуглецевий залишок, що утворюється під час неповного згоряння;

ЗОЛА – неорганічні залишки після повного згоряння;

ШЛАК (ЖУЖІЛЬ) – твердий агломерат залишків часткового або повного плавлення матеріалу як результат його повного або неповного згоряння.

Залежно від видів горіння визначаються й типи пожеж (табл. 2.1).


Таблиця 2.1 Типи та умови пожежі

Найменування Температура, що спостерігається, °С

Тління

Окиснюючий безполуменевий терморозклад

Безполуменевий піроліз

Полуменеве горіння, що розвивається

Полуменеве горіння, що повністю розвинулось при низькій швидкості газообміну

Розвинене полуменеве горіння при високій швидкості газообміну

100 і більше

до 500

1000

400–600


600–1000

600–1000


Етапи розвитку пожежі розглянемо на прикладах пожежі у звичайному приміщенні:

I етап пожежі – перетворення загоряння в пожежу, тривалість – 1–3 хв.

II етап пожежі – зростання зони горіння – 5–6 хв.

етап пожежі – бурхливий процес горіння, температура всередині приміщення досягає 250–300 °С, починається об’ємний розвиток пожежі, коли полум’я заповнює весь об’єм приміщення і поширення полум’я проходить вже не по поверхні, а дистанційно – через розриви. Руйнування засклення. Тривалість – 6–9 хв.

етап – як результат руйнування засклення, приплив свіжого повітря різко сприяє розвитку пожежі. Температура всередині приміщення підвищується з 500–600 °С до 800–900 °С. Швидкість вигоряння максимальна. Тривалість – 9–12 хв.

Пожежі, їх види, причини виникнення

Рис. 2.4. Зони пожежі

V етап – стабілізація пожежі на 20–25 хв від початку горіння.

VI етап – зниження інтенсивності горіння.


Протягом перших двох етапів проходить лінійне поширення вогню. Тому дуже важливо в цей час викликати пожежні підрозділи та вжити заходів щодо гасіння пожежі до початку етапу її бурхливого зростання.

Активна ділянка пожежі включає в себе чотири зони (рис. 2.5).

ЗОНА ГОРІННЯ – частина простору, в якій безпосередньо відбувається горіння. Вона може обмежуватися огороджувальними конструкціями будівель, споруд, приміщень, стінками технологічного устаткування.

ЗОНА ТЕПЛОВОГО ВПЛИВУ – прилеглий до зони горіння простір, в якому проходить тепловий обмін між зоною горіння та навколишнім середовищем, конструкціями та матеріалами. Межі даної зони визначаються гранично допустимими значеннями теплових потоків і температур для людини, конструкцій та горючих матеріалів. Теплопередача в навколишнє середовище здійснюється способами конвекції, теплового випромінювання та теплопровідністю.

ЗОНА ЗАДИМЛЕННЯ – простір, суміжний з зоною горіння, в якому можливе розповсюдження продуктів горіння.

ЗОНА ТОКСИЧНОСТІ – об’єм простору, заповнений димовими газами, що вміщують токсичні продукти горіння в концентраціях, небезпечних для життя та здоров’я людей.

Під час пожежі зони знаходяться в стані постійного динамічного переміщення та перекривають одна одну.

Залежно від агрегатного стану й особливостей горіння різних горючих речовин і матеріалів, пожежі поділяються за ГОСТ 27331-87 на відповідні класи та підкласи, що наведені на рис. 2.6 (див. с. 30).


Горіння твердих речовин та матеріалів


Спочатку розглянемо явища, що спричиняють пожежі з горінням твердих речовин. До них належать: полум’я, теплове випромінювання, розжарені матеріали.

Коли тверда речовина піддається впливу полум’я, його температура підвищується, що може викликати пожежу. Ймовірність виникнення пожежі залежить від таких факторів:

характеру твердої речовини, яка може бути горючою або негорючою;

маси твердої речовини – зрозуміло, що невелика кількість матеріалуне здатна виділити достатню кількість теплоти згоряння для розповсюдження пожежі;

стану твердої речовини – легко запалити за допомогою сірника деревну стружку або окремі листки паперу, оскільки у цих матеріалів більша площа поверхні, відкритої для доступу повітря, і, отже, висока швидкість окиснення, тоді як для займання колоди або щільної пачки паперу треба потужніше джерело запалювання;

спосіб, за допомогою якого запалюється тверда горюча речовина; якщо предмет з цієї речовини знаходиться над вогнем вертикально, він загориться швидше, ніж при горизонтальному розташуванні.

Пожежі, їх види, причини виникнення

Рис. 2.6. Класи пожеж за ГОСТ 27331-87


Не завжди для виникнення горіння необхідно, щоб горючі речовини вступали в безпосередній контакт з полум’ям або сильно нагрітими матеріалами. Усі джерела тепла випромінюють видимі та інфрачервоні промені, тобто електромагнітні хвилі. Коли ці хвилі зустрічають перешкоду (в нашому випадку – горючу речовину), вони передають йому свою енергію, яка перетворюється в тепло. Таким чином, тіло, що опромінюється, нагрівається і, при недостатньому охолодженні, може досягти температури займання та загорітися. Так, дрова, складені на невеликій відстані від печі, яка топиться протягом тривалого часу, можуть зайнятися та викликати пожежу.

Нагрітий до високої температури розжарений матеріал, чи то паливо (наприклад, кокс), чи негорючий матеріал (наприклад, розжарений до червоного кольору метал), спроможний викликати загоряння при доторканні до горючого твердого тіла за умов, що його маса досить велика, щоб перешкодити надто швидкому охолодженню, і що саме горюче тіло знаходиться в стані, який забезпечує швидке окиснення (деревна стружка, тирса, нещільно складений папір тощо). В останньому прикладі достатньо бризок розплавленого металу від газового різака. Тверда речовина, нагріта вище температури, при якій вона розжарюється (наприклад, провідник електричного струму при перевантаженні), здатна запалити матеріал, з яким вона знаходиться в контакті, якщо тепло не буде розсіюватися достатньо швидко.

Ознайомимося з особливостями горіння твердих речовин на прикладі найбільш поширеної речовини цього класу – деревини та її похідних.

Деревина використовується у виробництві фанери, деревностружкових та деревноволокнистих плит, целюлози, паперу, плівок, смоли, багатьох інших продуктів та виробів. Широке використання деревини має свою негативну сторону з точки зору підвищення рівня пожежної небезпеки місць її накопичення та використання. Деревина належить до групи горючих матеріалів, займання яких за певних умов можливе навіть від малокалорійного джерела запалювання.

Речовина, з якої складається деревина, являє собою складний комплекс, де 99% маси – це органічні з’єднання. Близько 75% органічних речовин деревини складають вуглеводи, головним чином целюлоза, яка виконує функцію основного структурного компонента кліткових стінок рослин.

Розглядаючи деревні породи як горючий матеріал, необхідно враховувати їх елементний склад, за яким вони відрізняються незначною мірою.

Деревина вміщує 49 – 50% вуглецю, 43 – 44% кисню, 6,0 – 6,5% водню. Інші складові (азот та неорганічні елементи) 0,1– 0,3%.

Таким чином, деревина має великий вміст кисню, який бере участь в процесі горіння разом з киснем повітря. Цим зумовлена здатність деревини до тління, а також деякі інші характеристики її пожежної небезпеки. Необхідно враховувати, що деревина – пористий матеріал, в якому об’єм порожнин, заповнених повітрям, перевищує об’єм твердої речовини. Наявність таких повітряних включень зумовлює відносну низьку теплопровідність деревини та пов’язані з цим займистість та повільне прогрівання внутрішніх шарів.

При нагріванні деревини змінюється її структура, фізичні та хімічні властивості. Характер змін залежить від режиму нагрівання, складу газового середовища та тиску. Термічні перетворення відбуваються за полімераналогічними та макромолекулярними реакціями. Компоненти деревини у цьому стані реагують на термічні впливи інакше, ніж всередині мікроструктури. Взаємовплив компонентів під час нагрівання достатньо складний.

При швидкому підвищенні температури до 150 °С з деревини випаровується в основному волога (згадайте «шипіння» сирих дров, кинутих до багаття), потім починається її розкладання з виділенням летких горючих речовин. За температурою 160–170 °С відбувається як ендотермічна реакція часткового гідролізу, так і екзотермічні процеси ущільнення макромолекул.

При нагріванні целюлози (основного компонента деревини) до 250–280 °С її деструкція (руйнування) розвивається дуже повільно. Подальше підвищення температури призводить до різкого зростання швидкості розкладання, яка досягає максимуму в діапазоні 325–380 °С.

Можна виділити чотири стадії процесу піролізу целюлози:

молекулярна реакція, що призводить до дегідратації (зневоднення);

розрив зв’язків С–О–С з розвитком деполімеризації та утворюванням інших сполук, що визначаються як фракції смоли;

розклад продуктів дегідратації до утворення вугілля та органічних летких продуктів;

утворення оксидів вуглецю, води та водню.

Процес термічних перетворень целюлози, де нагрівання зумовлено зовнішнім джерелом або зворотним тепловим потоком продуктів горіння матеріалів, наведені на рис. 2.7.

За температури 200–280 °С переважає дегідратація, але з різким зниженням ступеня полімеризації целюлози розвиваються деструктивні процеси. При температурі 280–340 °С домінує деполімеризація. Ці реакції є конкуруючими. Тому, у разі зміни умов, їх можна зсунути в тому чи іншому напрямку.

Горючі леткі продукти змішуються з киснем повітря та займаються. Реакція горіння в газовій фазі (полум’я) визначає 75% загальної теплоти згоряння целюлози. Вугілля (коксовий залишок) при з’єднанні з киснем повітря горить у конденсованій фазі, яку також називають тлінням. На частку тління випадає залишок – 25% теплоти згоряння целюлози.

В інтервалі температур 300–500 °С при піролізі деревини формується мікроструктура вугілля.


Пожежі, їх види, причини виникнення
Рис 2.7. Термічне перетворення целюлози


Горіння деревини включає в себе процес термічного розкладу з утворюванням летких та твердих продуктів та їх наступного окиснення. Парогазова суміш продуктів термічного розкладу деревини, що утворюється при температурах 200 °С, є горючою. Вона вміщує вуглеводи, водень, оксид вуглецю та пару органічних речовин. При досягненні певної концентрації та при наявності джерела запалювання вони займаються, що зумовлює подальше зростання температури та перехід процесу до екзотермічної стадії.

Деревина займається як від відкритого джерела вогню, так і від нагрітих предметів і горючих газів. За певних умов спостерігається самозаймання деревини, яке реєструється при температурі вище 330 °С. Проте в умовах тривалого нагрівання воно може спостерігатися при нижчих температурах.

Продовження самостійного горіння деревини проходить за умови, що кількість теплоти, що віддається поверхнею, яка горить, в одиницю часу в навколишнє середовище, не перевищує кількості теплоти, генерованої цією поверхнею.

Після займання температура поверхневого шару деревини підвищується до 290–400 °С. При цьому вихід газоподібних продуктів стає максимальним, що забезпечує подальший розвиток горіння. Як результат верхній шар перетворюється у деревне вугілля, яке в даних умовах ще не може горіти, оскільки кисень повітря витрачається в реакціях, що відбуваються в газофазній зоні, й не досягає поверхні.

Горіння деревини завжди проходить стадію розкладання, що характеризується явищами поглинання та виділення тепла. Між поверхнею, що горить, та близько розташованими ділянками знаходиться шар, в якому відбувається підготовчий ендотермічний процес, що перешкоджає розповсюдженню тепла.

При розкладанні деревини, особливо в процесі горіння, її склад змінюється: зменшується вміст водню та кисню, збільшується відносна частка вуглецю. При досягненні температури понад 400 °С у складі вугілля переважає вуглець, тому виділення газоподібних речовин різко скорочується.

Коли температура вугілля на поверхні складає 500–700 °С, розташовані за ним шари також розкладаються з виділенням горючих газів. Одночасно зростає шар вугілля, який перешкоджає виходу цих газів. Полум’я залишається тільки біля тріщин вугілля (знову згадаємо багаття), й кисень може досягти його поверхні. Внаслідок цього продовжується горіння летких продуктів розкладу й одночасно починається горіння твердого залишку.

При товщині шару вугілля 2–2,5 см має місце рівновага між лінійною швидкістю вигоряння вугілля, швидкістю прогрівання та розкладу деревини.

Після цього рівновага зсувається в бік перетворення у вугілля всього об’єму деревини. Отже, процес горіння деревини складається з двох основних періодів: горіння парів й газів, що утворюються при її розкладанні; горіння вугілля, що утворилося.

Між зазначеними періодами є перехідний етап, що характеризується перебігом обох процесів.

В умовах пожежі більше значення має перший період, оскільки він супроводжується виходом основної маси нагрітих до високої температури летких горючих продуктів, на які припадає до 80% теплоти згоряння деревини. Частина цього тепла акумулюється «свіжою» поверхнею матеріалу, ініціює процес самостійного горіння.

Деревина належить до матеріалів, горіння яких за певних умов може відбуватися у вигляді тління.

ТЛІННЯ (ЖЕВРІННЯ) визначається як процес безполуменевого горіння твердого матеріалу (речовини), який установлюється за умови недостатнього припливу до матеріалу, що горить, кисню та тепла, та часто супроводжується виділенням диму.

Пожежі, що розвиваються у режимі тління, пов’язані з низкою проблем. До них належать: складність виявлення в початковій стадії, прогрівання поверхонь, що огороджують осередок тління; перехід до полуменевого горіння; труднощі гасіння заглиблених осередків пожежі; висока ймовірність повторних загорянь тліючих осередків.

Дослідженням кінетики температурних полів в осередку тління деревної тирси та об’ємі, що прилягає до нього, встановлено, що форма осередку тління близька до сферичної. Швидкість поширення фронту тління однакова у всіх напрямках і залежить від породи деревини, насипної щільності, вологості та розмірів частинок. Зі збільшенням розмірів частинок швидкість поширення фронту тління й температура в осередку знижуються. Підвищення насипної щільності в 2 рази порівняно з початковою припиняє процес тління.

У

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: