Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Загрязнение окружающей среды при крупных и массовых пожарах





Совокупность большого числа отдельных пожаров принято называть массовыми. При благоприятных условиях отдельные (одиночные) близко расположенные пожары могут сливаться в групповые (сплошные) пожары. При слабом ветре или его отсутствии, наличии боль­шого количества горючего (не менее 100 кг/м2) одновременное возникно­вение нескольких очагов пожаров на площади 2-3 км2 приводит к явлению огненного шторма. В этом случае в зону горения за счет интенсивности вертикального подъема воздуха устремляются воздушные массы с перифе­рии, скорость которых достигает 40-100 км/ч.

Загрязнение атмосферного воздуха при пожарах с последующим оса­ждением на земную поверхность может привести к снижению продуктив­ности и плодовитости скота, птиц.Например, сернистый ангидрид SO2 является сильным ядом для рас­тительности (особенно хвойных и фруктовых пород деревьев). Даже кратковременное воздействие диоксида серы при концентрации свыше 0,9 мг/м3 приводит к уменьшению скорости фотосинтеза. Наиболее чувст­вительны к воздействию SО2 ель, сосна, клен. По истечении 5-10 дней хвоя начинает рыжеть, опадать. Присутствие диоксида азота интенсифи­цирует процесс. Для животных летальные концентрации СО, CO2, HCN составляют около 14 г/м3. Таким образом, затяжные, массовые и отдельные крупные пожары могут существенно повлиять на состояние экосистем и привести к необратимым изменениям в природных средах.

Наконец, при массовых пожарах и огненных штормах в атмосферу попадает более значительная масса газообразных продуктов горения и аэ­розоля.

Часть продуктов горения в нижних слоях атмосферы может принять участие в образовании вторичного аэро­золя - фотохимического смога за счет реакций с азотом и свободными ра­дикалами (ОН, Н), присутствующими в воздухе.



К числу наиболее важных последствий лесных пожаров можно отне­сти сильное загрязнение атмосферы продуктами горения, образующимися при тлеющем режиме горения, при скоплении их в низменных участках суши.

При крупных продолжительных тлеющих пожарах из-за поглощения дымом солнечного излучения возникают температурные инверсии, пере­мешивание воздуха с продуктами горения происходит в пределах 200-метрового слоя атмосферы.

Ландшафтные пожары

Ландшафтными (растительными) пожарами называют стихийное, неуправляемое распространение горения по территории, покрытой растительностью. На основе ботанико-географической классификации растительности ландшафтные пожары могут быть разделены на лес­ные, тундровые, степные, кустарниковые, луговые, болотные.

Горючие материалы в лесу, составляющие сложные лесные экосисте­мы, отличаются большим разнообразием: опади, лишайники, мхи, пни, кус­тарники, травы, торф, ветки, сучья, стволы деревьев и т.д.

По расположению горючих материалов в лесу их разделяют на три группы: подземные (торфяные); наземные (низовые); надземные (вер­ховые).

Определяющим фактором пожара является влажность горючего мате­риала. Важным фактором, усиливающим интенсивность горения, является ветер. Ветер усиливает горение и способствует тем самым снижению влажности горю­чего.

Пробы воздуха над очагом пожара показывают, что часть выделив­шихся газов быстро вступает в фотохимические реакции. Об этом свиде­тельствует повышение концентрации озона в 3 раза по сравнению с фоно­вой на высоте 2,7 км и на расстоянии более 50 км от очага пожара. Время жизни в атмосфере большинства соединений вследствие их высокой реак­ционной способности невелико.

Наряду с этим при лесных пожарах выделяются в больших количест­вах относительно устойчивые соединения: метан, аммиак и др. Фоновое содержание этих газов увеличивается в атмосфере в региональном и гло­бальных масштабах.

Тепло, выделяющееся при горении растительности, вызывает прогрев почвы. Огонь прогревает почву до глубины 25 см. Температура почвы дос­тигает 250-300°С на поверхности, 150°С - на глубине 2 см и 50°С - на глу­бине 5см и далее быстро нормализуется с глубиной. За счет высокой температуры изменяются физико-химические свойства почв, их биологиче­ская активность.

Лесные пожары на территориях, загрязненных радионуклидами. Оценка последствий пожаров

При лесных пожарах радионуклиды выделяются в воздух за счет горения древостоя, растительного покрова (подстилки), подъема частиц поч­вы и золы.

Повышение температуры в зоне пожара приводит к образова­нию летучих радионуклидов и повышает общий радиационный фон в при­земном слое воздуха. Оставшиеся после пожара зола и недожог представляют фактически низкоактивные отходы. За счет активных процессов массопереноса при горении идет миграция радионуклидов, и общая площадь загрязнения расширяется.

Пожары в шахтах и отвалах

Очаги пожаров чаще возникают в действующих выемочных полях и скоплениях угля у выработок, чем в выработанных пространствах и тупиковых выработках.

Окисление угля кислородом - одна из причин выделения горючих га­зов, так как за счет тепла экзотермической реакции идет пиролиз угля. По мере повышения температуры в зарождающемся очаге пожара последова­тельно выделяются оксид углерода, метан, водород, этилен и другие газы. Пористая структура углей способствует выделению горючих газов и по­глощению кислорода. Поверхность пор составляет (1,0-1, 5)∙10 м2/кг.

Загрязнение воздушного бассейна происходит при пожарах не только в отвалах и действующих шахтах, но и в шахтах, где прекращена подача угля, так как там, как правило, прекращается контроль за пожарной безопасностью объекта.

Загрязнение окружающей среды горным производством, в том числе при пожарах, имеет локальный характер. Это не исключает необходимости контроля состояния окружающей среды, в том числе и при пожарах, так как вопрос сохра­нения здоровья людей, связанных с горными разработками, должен стать одной из приоритетных задач отрасли.

Пожары бытовых отходов

Все, что производится человечеством, рано или поздно превращается в отходы. Их можно разделить на промышленные и бытовые (коммуналь­ные). Многие виды отходов являются вредными веществами или в про­цессе хранения превращаются в таковые.

В разных странах количе­ство бытовых отходов на одного человека в год составляет 0,2-0,6 т.

Основные виды избавления от отходов: утилизация (переработка), сжигание, складирование на свалках и полигонах, компостирование.

Утилизация (переработка) отходов на заводах осуществляется в целях получения энергии, сырья для промышленности: алюминия, железа, ком­поста и др.

Самыми распространенными способами избавления от отходов явля­ются их сжигание и складирование. В странах Европейского сообщества на свалки отправляется почти 75 % ТБО, в США - 80 %, а в России - 95 %. Объем сжигаемых отходов составляет: во Франции - 40 %, в Германии и Нидерландах - 30 %, в Швеции - 50-55 %, в Японии - 70 %.

Основная масса мусора состоит из целлюлозных материалов: пище­вых отходов, бумаги, картона, листвы и т.д. Их удельный вес составляет 50—70 %, а иных природных и синтетических полимеров 10-15 %. Сотые доли процентов в твердых бытовых отходах составляют такие металлы, как Pb, Zn, Cu, Ni. Та­ким образом, органические вещества в составе мусора занимают 60-80 %. Содержание основных газов в продуктах горения ТБО находится в следующих пределах: диоксида углерода - 4-10 %, кислорода - 9-16 %, азота - 79-82 %, паров воды - 6-28 %.

Сам факт, что в продуктах горения ТБО находится много токсичных соединений: оксидов серы, азота, металлов и т.д., - не требует доказа­тельств, так как практически любые вещества и материалы, содержащиеся в ТБО, при горении образуют токсичные газы и летучую золу. Твердый остаток - шлак, образующийся при горении ТБО, также будет содержать опасные вещества. Состав газообразных продуктов горения ТБО и твердо­го остатка определяется морфологическим составом мусора и условиями горения.

"Диоксиновые" пожары

Диоксины - твердые вещества. При фотолизе они термостабильны до 1000-1200°С, а при 1500°С - разрушаются лишь на 94,8-98,9%. Диоксины, дибензофураны, хлорированные и бромированные бифенилы биологиче­ски устойчивы и сохраняются в ОС многие годы. Диоксины канцерогенны, тератогенны и мутагенны. Известно около 5000 соединений, которые при­надлежат к семейству диоксинов и дибензофуранов, атомы галогенов в них могут занимать любые положения в бнзольных и фурановых кольцах. Наиболее опасны тетрахлорированные соединения, содержащие хлор в положениях 2,3,7,8.

Диоксины влияют на иммунную систему, процессы метаболизма, ферментную систему, структуру ДНК.

Диоксины - опасные ксенобиотики (ксено - чуждый). Период полу­распада для них составляет 10-30 лет, а время полного распада - столетия.

Характерными признаками поражения растительности диоксинами является накопление нитратов в растительной массе. В целом фотосинтезирующие растения слабо чувствительны к диоксинам, а животные - более чувствительны.

При горении чистого ПВХ выделяются в основном полихлордибензофураны, а трансформаторные жидкости, состоящие из полихлордифенилов и полихлорбензолов, образуют диоксины. Чаще всего пожары с участием трансформаторных жидкостей возни­кают в силовых трансформаторах в результате перегревов и электрических разрядов. При коронарном разряде в жидкостях выделяется водород, при перегреве масла - этилен, при электрической дуге - ацетилен, а при сгора­нии обмотки трансформатора из целлюлозы - оксид углерода.

Диоксины образуются при горении древесины, строительных полимеров, целлюлозных материалов, трансформаторных масел; т.е. при пожарах промышленных, жилых и административных объектов и т.д. происходит поступление диоксинов в окружающую среду.

К химическим способам уничтожения диоксинов относятся озониро­вание, каталитическое окисление и дегидрохлорирование. Почву обрабатывают раствором щелочей в полиэтилен гликоле. Диоксины активно раз­рушаются под действием ультрафиолетового и солнечного освещения в присутствии оксидов олова, цинка и титана с образованием хлористого во­дорода, углекислого газа и других соединений, обладающих значительно меньшей токсичностью, чем диоксины.

С точки зрения стоимости и эффективности метода очистки для твер­дых отходов и отработанных масел наиболее подходит сжигание отходя­щих газов - фотохимическое разложение; для сточных вод - разложение озоном. И, конечно, при удешевлении метода эффективно биоразложение.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЖАРОВ, ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ И ЗАВИСИМОСТЬ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

Цель работы: изучение основных параметров внутреннего пожара во время его свободного развития, а также их взаимосвязь и зависимость от различных факторов.

Теоретическая часть

Пожар - это сложный комплекс неразрывно связанных физических и химических процессов, среди которых основным является процесс горения. Для поддержания горения на пожаре необходим постоянный газообмен - приток свежего воздуха в зону химических реакций и удаление из нее образующихся продуктов. Параметры пожаров подразделяются на физико - химические и геометрические. К основным параметрам относятся; площадь и периметр пожара; фронт распространения горения; расход го­рючего; высота пламени; скорость распространения горения; скорость выгорания; температура пожара; интенсивность излучения пламени; интенсивность газообмена; плотность задымления и его количественные характеристики по составу дыма; удельная теплота пожара; продолжительность пожара. При пожарах на открытом пространстве происходит газообмен зоны химических реакций с окружающей средой. При внутренних пожарах газообменом фактически является вентиляция помещения через проемы в ограждающих конструкциях, вызванная и регулируемая процессами горения и теплообмена. Основными параметрами внутреннего пожара являются следующие.

Продолжительность (время) пожара - tп. Продолжительностью пожара называется время с момента его возникновения до прекращения процесса горения. Процесс горения может прекратиться самопроизвольно (самозатухание пожара), в результате выгорания горючего или применения огнетушащих веществ. В последнем случае tп складывается из времени свободного развития и времени тушения.

Площадь пожара - Sп. Площадью пожара называется площадь проекции зоны горения на горизонтальную или вертикальную плоскость. Как правило, используется проекция зоны горения на горизонтальную плоскость. Горение жидкостей и газов является гомогенным. Горение ТГМ может протекать как в гомогенном, так и в гетерогенном режимах. Поэтому в площадь пожара включаются участки поверхности, на которых происходит как гомогенное, так и гетерогенное горение.

Составляющая площади пожара, над которой существует пламя - Sгомог зависит от притока воздуха в зону горения. При небольших размерах факела приток воздуха обеспечивает образование горючей смеси практически во всем его объеме. Тогда Sгомог = Sп. По мере распространения пожара, края фронта пламени удаляются друг от друга и воздуху все труднее проникать в зону горения. В результате этого внутри факела образуется область, в которой выделяющимся газообразным продуктам пиролиза не хватает окислителя для сгорания.

На внутренних пожарах часто встречается ситуация, когда нехватка кислорода приводит к ограничению объема пламени. Наступает момент, когда площадь, над которой возможно пламенное горение (Sгомог), ограничена притоком воздуха, а общая площадь пожара увеличивается за счет роста площади гетерогенного горения (Sгетерог).

Площадь поверхности горения - Sпг. Этот параметр характеризует реальную площадь горючего, которая участвует в горении, т.е. выделяет горючие газы при пиролизе или испарении, а также взаимодействует с окислителем в гетерогенном режиме. Площадь поверхности горения определяет интенсивность выделения тепла на пожаре.

Линейная скорость распространения пожара - vл (м/с, м/мин). Под этим параметром понимают путь, который на данном объекте проходит фронт пламени в единицу времени. Величина vл определяет площадь пожара на данный момент. Она зависит от вида горючего, характеристик пожарной нагрузки и ее размещения, вида пожара и др. факторов.

Площадь пожара в реальных условиях зависит не только от скорости распространения пламени по поверхности ТГМ, но и от скорости его перехода с одного предмета на другой. Поэтому на vл влияет также характер размещения горючих изделий и материалов на объекте, интенсивность теплового излучения, направление и скорость газовых потоков. При рассредоточенной пожарной нагрузке интенсивности излучения от горящего предмета может быть недостаточно для воспламенения материалов соседних предметов. Тогда пожар не распространится на всю площадь объекта и останется локальным.

Величина vл зависит также от состава газовой среды, поступающей в зону горения. Так, на внутренних пожарах, по мере развития процесса горения, концентрация кислорода в газовой среде уменьшается, температура пламени и, соответственно, его излучательная способность снижаются. Это приводит к уменьшению скорости распространения пламени по поверхности горючего. Вместе с тем, температура газовой среды в помещениях часто достигает температуры воспламенения материалов до того как пожар охватит все помещение. В этих случаях перед фронтом пламени образуется газовоздушная смесь на нижнем концентрационном пределе, по которой пламя распространяется со скоростью до 50 м/с, т.е. практически мгновенно. Это явление называется общей вспышкой.

Массовая скорость выгорания. По физическому смыслу этот параметр представляет собой скорость газификации горючего. Он показывает, какая масса ТГМ или жидкости при горении переходит в газообразное состояние в единицу времени. Очевидно, что чем больше площадь поверхности, с которой происходит газовыделение, тем выше потеря массы. Поэтому различают массовую скорость выгорания абсолютную, приведенную и удельную.

Теплота пожара показывает какое количество тепла выделяется на пожаре в 1с.

Температура пожара - Тп. Температурой открытых пожаров считается температура пламени. Она зависит, главным образом от вида горючего. Для наиболее распространенных ТГМ действительная температура горения составляет около 1150°С, жидкостей - 1250°С, газов - 1350°С.

Температурой внутренних пожаров на практике считается среднеобъемная температура газовой среды в помещении. Она ниже температуры горения материалов на открытом пространстве. Так, при горении ТГМ в помещении, среднеобъемная температура газовой среды редко превышает 1000°С.

Интенсивность газообмена - Jг оценивается как отношение расхода воздуха, поступающего через проемы к площади пожара:

Jг = Св/SП, кг/(с-м2) (1.1)

где Св - масса воздуха, проходящего в помещение через проемы в единицу времени, кг/с.

Коэффициент избытка воздуха -a характеризует количество воздуха, которое при пожаре не участвует в горении. На внутренних пожарах, при наличии газообмена помещения с окружающей средой а находится как отношение расхода воздуха фактически поступающего через проемы (Gв) к теоретически необходимому для сгорания материала с массовой скоростью vл (Gв0):

а = Gв / Gв0 (1.2)

Следует иметь в виду, что коэффициент избытка воздуха относится к объему всего помещения. Непосредственно в зоне горения практически всегда недостаток воздуха. По величине a можно оценить концентрацию кислорода (fк) в продуктах горения из выражения:

a ~ 21/(21 -fк) (1.3)

Если при развитии пожара fк понизится до значения, предельного для горения данного горючего материала, то резкий приток воздуха может вызвать объемную вспышку и выброс пламени в смежное помещение.

По своей природе процесс горения представляет собой химическую реакцию между горючим веществом и окислителем, которая протекает с выделением тепла. Часть тепла расходуется в зоне химических реакций на нагрев продуктов горения, часть - передается в окружающую среду в виде излучения, конвекции и теплопроводности. Если бы тепло, выделяющееся в зоне горения, расходовалось только на нагрев газовой среды внутри помещения, то ее максимальная температура постепенно достигала бы температуры пламени. Однако часть тепла, выделяющегося в зоне горения, поглощают строительные конструкции, часть теряется в результате излучения через открытые проемы, затрачивается на нагрев горючих материалов (главным образом в ходе начальной стадии пожара), уносится из помещения вместе с продуктами горения через проемы. Во время пожара присутствуют все три вида теплообмена. Однако их соотношение может быть разным в зависимости от вида пожара, стадии его развития, свойств горючего вещества. Появление очага горения в помещении сразу вызывает повышение давления газовой среды т.к. объем продуктов горения, даже при нормальных условиях, больше объема израсходованного воздуха. Температура и плотность при этом изменяется незначительно. В соответствии с законом Паскаля (Р = Р0 - рgh, где: Р0 - давление столба газа на уровне пола, Р - давление столба газа на расстоянии h от пола, р - плотность газа, g- ускорение свободного падения) распределение давлений по высоте помещения также остается практически неизменным. В результате этого эпюра давлений внутри помещения на данном этапе смещается практически параллельно относительно эпюры давлений наружного воздуха (рис. 1.1) и газы вытекают из помещения через все имеющиеся отверстия (открытые проемы, щели и т.п.) независимо от их расположения. Приток воздуха в помещение извне отсутствует, и процесс горения развивается за счет воздуха, находящегося в помещении.

Стрелками показано направление движения газовых потоков. Сплошная линия - эпюра давлений воздуха снаружи, пунктирная - эпюра давлений газовой среды внутри помещения.

По мере развития процесса горения и увеличения размеров очага температура газовой среды в помещении повышается, плотность (рг) падает, угол наклона эпюры давлений возрастает. В результате этого наступает момент, когда давление газов (Рг) в верхней части помещения становится несколько больше атмосферного (Рв), в нижней части - меньше и на каком-то уровне - равно атмосферному (рис. 1.1). Т.е. на этом уровне располагается условная горизонтальная плоскость, на которой выполняется условие DР=Рг - Рв = 0. Она называется плоскостью равных давлений (ПРД) или нейтральной зоной. Расстояние от ПРД до пола считается высотой нейтральной зоны и обозначается Ннз. Через все отверстия, расположенные выше ПРД из помещения удаляются газы, ниже ПРД - поступает воздух (см. рис. 1.1б). При этом расход воздуха через проемы определяется высотой ПРД относительно нижней отметки проема - к0.

Рис. 1.1. Распределение давлений при пожаре в помещении: а) при появлении очага горения; б) при развившемся пожаре.

В общем виде тепловой баланс внутреннего пожара может быть представлен следующим уравнением:

qп = qср + qуд + qм + qк + qл(1.4)

где: qср - интенсивность накопления тепла газовой средой в помещении; qуд - интенсивность удаления тепла из помещения нагретыми газами; qм - интенсивность поглощения тепла горючими материалами во время их нагрева до воспламенения; qк - интенсивность поглощения тепла ограждающими конструкциями; qл - интенсивность излучения тепла за пределы помещения через проемы.

Величинаqср определяет температуру газовой среды внутри помещения. Остальные составляющие правой части уравнения (1.4) являются потерями тепла. Величинаqк зависит от теплофизических характеристик материалов, из которых выполнены ограждающие конструкции; определяется площадью проема, а также излучательной способностью пламени.

Интенсивность поглощения тепла горючими веществами зависит от их теплофизических свойств, проявляется главным образом на стадии распространения пожара, и на температуру газовой среды влияет мало.

Т. о. qм,qк и qл обусловлены характеристиками здания и горючих материалов, находящихся в помещении.

Динамикой внутреннего пожара называется изменение его параметров во времени.

В динамике внутренних пожаров выделяют четыре основных стадии: начальную, развития, стационарную и стадию затухания. Начальной стадией считается период времени от момента возникновения очага пожара до охвата пламенем максимально возможной площади. Если начальная стадия заканчивается охватом всего помещения, т.е. Sп. = Sпола, пожар становится объемным. Если по какой-то причине (например, большой неравномерности распределения нагрузки) пожар охватывает лишь часть помещения, он называется локальным. Стадия развития протекает уже при постоянной площади пожара. В этот период параметры процессов горения, газо- и теплообмена достигают предельных для данного пожара значений и на какое- то время остаются постоянными. Стадия, в течение которой параметры пожара не изменяются, называется стационарной. Если пожар не тушить, то он переходит в стадию затухания, когда площадь горения уменьшается, скорость выгорания и, соответственно теплота пожара снижаются, плоскость равных давлений поднимается. В помещение поступает больше холодного воздуха, что при уменьшении интенсивности тепловыделения приводит к снижению температуры пожара.

В зависимости от соотношения массы горючих материалов и количества воздуха, которое обеспечивает их сгорание, различают два режима внутреннего пожара. В тех случаях, когда приток воздуха достаточен для достижения максимальной полноты сгорания, обусловленной видом горючего, массовая скорость выгорания не зависит от расхода воздуха, поступающего в помещение. Такой режим получил название "пожар регулируемый нагрузкой" (ПРН). В тех случаях, когда интенсивность газообмена ограничивает массовую скорость выгорания, т.е. приток воздуха в помещение не обеспечивает максимальную полноту сгорания, пожар называется регулируемым вентиляцией (ПРВ).

Если при развитии пожара в режиме ПРН увеличить приток воздуха в помещение температура газовой среды понизится т.к. наружный воздух является значительно более холодным. Вскрытие проемов, откачивание дыма при ПРН также приводит к снижению температуры пожара. При таких способах регулирования газообмена возрастает интенсивность удаления тепла с продуктами горения qуд. А так как qп при ПРН не изменяется (υм остается постоянной), становится отрицательной и температура пожара снижается. Очевидно, что при ПРВ увеличение интенсивности газообмена вызовет рост массовой скорости выгорания, интенсивности тепловыделения и, соответственно, температуры пожара.

При длительном развитии пожара в режиме ПРВ в помещении накапливаются несгоревшие газы. Вскрытие проемов приводит к их разбавлению воздухом, образованию и воспламенению горючей смеси - объемной вспышке.

Контрольные вопросы

1. Перечислить стадии пожара.

2. Дать определение, объяснить физический смысл основных параметров внутреннего пожара.

3. Как зависит скорость распространения пламени от концентрации кислорода в газовой среде?

4. Что такое общая вспышка? При каких условиях она происходит?

5. Что такое объемная вспышка? При каких условиях она происходит?

6. Как зависит теплота пожара от массовой скорости выгорания?

7. Как зависит продолжительность начальной стадии пожара от массовой скорости выгорания? Чем объясняется эта зависимость?

8. Что такое плоскость равных давлений? Какие параметры влияют на ее положение относительно пола помещения?

9. Что означает "пожар, регулируемый нагрузкой"?

10. Что означает "пожар, регулируемый вентиляцией"?

11. Какие возможны последствия изменения условий газообмена?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЖАРОТУШЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗОВЫХ СОСТАВОВ

Цель работы: изучить закономерности процесса тушения пожаров в помещениях газовыми составами на примере нейтральных газов.

Теоретическая часть

Объемное тушение пожаров основано на создании в защищаемом объеме среды, не поддерживающей горения. В качестве огнетушащих веществ при этом используют нейтральные газы: диоксид углерода (СО2), азот (N2), водяной пар (Н2О), гелий (Не) и аргон (Аr). Часто их называют инертными газами, что не совсем корректно. Собственно инертными являются только Не и Аr. Остальные способны вступать в различные химические реакции и являются инертными только по отношению к компонентам конкретной реагирующей смеси. Нейтральные газы используются в качестве огнетушащих веществ, для тушения пожаров, прекращения уже начавшегося процесса горения.

Эффективность нейтральных газов как огнетушащих веществ зависит не только от способности разбавлять газовую среду (так как эта способности одинакова у всех газов), но и от способности их молекул поглощать энергию, т.е. от теплоемкости. Самым эффективным среди этих газов является наиболее теплоемкий СО2.

В последние годи для тушения поваров нашли широкое применение газовые сос­тавы при использовании как стационарных, так и передвиж­ных средств.

Галоидированные углеводороды типа бромистого этила и этилена оказывает ингибирующее действие, т.е. тормозящее химическую реакцию горения [5].

Газовые составы относятся к огнетушащим средствам разбавляющего действия (углекислый газ, азот, водяной пар). Газовые и аэрозольные жидкостные бромсодержащие сос­тавы (двуокись углерода и галоидированные углеводороды) обеспечивают тушение большинства горючих жидкостей, газов, твердых веществ и материалов (за исключением щелочных ме­таллов, алюминийорганических соединений, а также материа­лов, способных к длительному тлению).

Двуокись углерода (углекислый газ) в обычных условиях бесцветный газ с удельным весом 1,98 кг/м3, не имеющий запаха и вкуса и не поддерживающий горения большинства веществ.

Механизм прекращения горения углекислым газом опреде­ляется способностью его разбавлять концентрацию реагирую­щих веществ до пределов, при которых горение становится невозможным. Углекислота выбрасывается в виде снега, ока­зывая при этом охлаждающее действие. Из одного килограмма жидкой углекислоты образуется 506 л газа. Огнетушащая кон­центрация углекислого газа - не менее 30 % по объему. Удельный расход углекислого газа при этом составляет 0,64 кг/м3.

Бромистый этил – легко испаряющаяся жидкость с характерным запахом, который ощущается при концентрации не менее 0,001% по объему. Температура кипения +38,4°С,тем­пература замерзания минус 119°С. Плотность до воздуху 2,61 кг/м3. Бромистый этил практически неэлектропроводен, хорошо растворяет жиры и масла, обладает высокой смачивающей спо­собностью, плохо растворим и воде, разрушает резину,корро­зирует алюминиевые и магниевые сплавы. Хорошо сопротивля­ются коррозирующему действию нержавеющие стали, медь, ла­тунь, олово, сплавы олова и свинца. Пары этила обладают хорошими огнетушащими свойствами. При температуре менее 30°С упругость паров бромистого этила достаточна длясоз­дания огнетушащей концентрации.

Механизм прекращения горения бромистым этилом, как и любыми галоидоуглеводородами, заключается в ингибировании пламени (химическом торможении реакции горения). Приконцентрациях 6,75 -11,25 % по объему бромистый этил может воспламеняться от действия мощного источника воспламенения, поэтому в чистом виде бромистый этил не применяется,одна­ко из-за высоких огнетушащих качеств является основным компонентом в огнетушащих составах 3,5; БФ-1; БФ-2; БМ.

Состав 3.5 состоит из 70% (по весу) бромистого этила и 30% двуокиси углерода. Он в 3,5 раза эффективнее угле­кислоты (отсюда и наименование состава). При нормальных условиях из 1 кг состава образуется 153 л углекислого газаи 144 л бромистого этила.

Также широкое применение в качестве огнетушащих средств нашли фреон 114В2, или тетрафтордибромэтан (огнетушащая концентрация 3,22% по объему), фреон 13В1, трифторбромэтан (огнетушащая концентрация 4,9% по объему), жидкий азот (эффективное средство при тушении ряда нефтепродуктов, этилового спирта, нагретого металлического натрия, бензина, ацетона и др.). Применяется также водобромэтиловая эмульсия (90% воды и 10% бромэтила - по весу), эффективная при тушении бензола, толуола, метилового спирта и т.д.

Под термином "огнетушащая концентрация" следует по­нимать минимальное содержание паров огнетушащего состава, при котором происходит подавление горения нефтепродуктов в замкнутом объеме.

Поскольку тушение этилового спирта представляетнаи­большие трудности и требует максимальных расходов огнету­шащих составов, огнетушащие концентрации для нефтепродук­тов не рассчитываются, а принимаются равными огнетушащим концентрациям для этилового спирта. Тушение пожаровнефте­продуктов галоидоводородами происходит так же, как итуше­ние этилового спирта. Галоидоуглеводороды эффективнее инертных газов. Нап­ример, тетрафтордибромэтан более чем в 10 раз эффективнее двуокиси углерода и почти в 20 раз эффективнее водяного пара.

Сравнивая огнетушащие концентрации, можно убедиться, наиболее эффективными являются составы на основе тетрафтордибромэтана и бромистого метилена.

При тушении пожаров, когда процесс горения протекает в диффузионном режиме, нейтральные газы поступают в зону горения извне, в смеси с окислителем. Концентрация горючего и окислителя в зоне протекающей реакции уменьшается, что приводит к снижению интенсивности тепловыделения и, соответственно, температуры пламени. Вместе с тем, поступая в зону горения, нейтральные газы имеют начальную температуру, равную температуре окружающей среды. Следовательно, при их подаче в зону горения неизбежно возрастает интенсивность теплоотвода за счет потери части тепла на непосредственный нагрев этих газов.

Гомогенное горение прекращается в тот момент, когда температура пламени снижается до температуры потухания. Выполнение этого условия достаточно для тушения пожаров газов и жидкостей.

При использовании таких огнетушащих веществ тушение пламени наступает в результате снижения его температуры до температуры потухания. Это происходит в результате снижения скорости тепловыделения в зоне химической реакции за счет уменьшения числа активных соударений и непосредственного охлаждения зоны горения.

Кроме того, скорость распространения пламени по перемешанной смеси в присутствии нейтральных газов зависит от интенсивности передачи тепла из зоны реакции в свежую горючую смесь. Чем ниже теплопроводность смеси, тем меньше скорость распространения пламени. Поэтому огнетушащая способность нейтральных газов определяется не только теплоемкостью, а соотношением теплоемкости и теплопроводности - ср/l .

Мерой эффективности газовых составов при разбавлении (флегматизации) предварительно перемешанных смесей паров (газов) служит минимальная флегматизирующая концентрация fm. Значения fm для разных горючих веществ отличаются. Этим объясняется довольно значительный интервал флегматизирующих концентраций у каждого нейтрального газа. При тушении диффузионного пламени огнетушащая концентрация будет отличаться от fm. Поэтому при расчетах установок газового пожаротушения используют минимальнуюогнетушащую концентрацию fогн, определенную, например методом диффузионной горелки.

Процесс горения, а следовательно и процесс тушения, зависит также от параметров тепло- и газообмена на пожаре.

Рассмотрим процесс тушения пожара нейтральным газом или химически активным ингибитором в негерметичном помещении на упрощенной модели. Допустим, что газообразное огнетушащее вещество, подаваемое установкой пожаротушения, мгновенно распространяется по всему объему и его концентрация в любой точке помещения в каждый момент времени равна среднеобъемной. Тогда, концентрация газа в потоке продуктов сгорания, удаляющихся из помещения вследствие газообмена, также будет равна среднеобъемной, причем количество потерянного газа будет расти по мере повышения его концентрации в помещении. Также допустим, что расходы огнетушащего газа и продуктов сгорания во время тушения остаются постоянными. Тушение достигается когда концентрация газа (f) в помещении становится равна огнетушащей (fогн). Вместо объемной концентрации f обычно используют объемную долю газа а = f /100.

При тушении пожара секундный расход негорючего газа не может быть меньше некоторой критической величины. Такой секундный расход называется критическим.

Контрольные вопросы

1. Какие вещества можно отнести к нейтральным газам? Приведите примеры.

2. В чем различие между нейтральными и инертными газами.

3. В чем заключается механизм прекращения горения с помощью углекислого газа.

4. Что называется минимальной огнетушащей концентрацией?

5. Что называется минимальной флегматизирующей концентрацией?

6. Какие нейтральные газы (НГ) более эффективны при тушении, какие - менее? Почему?

7. В чем заключается механизм прекращения горения бромистым этилом

Почему для всех нейтральных газов существует интервал по величине огнетушащей концентрации?

Как изменится оптимальный расход НГ, если при тушении в помещении вскрылся еще один проем или увеличилась площадь существующего?

8. Как зависят оптимальный и критический расход НГ от температуры пожара?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

СВОЙСТВА ПЕН. ПРОЦЕССЫ Р









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.