Физико-химические механизмы прекращения горения пламени

Прекращение горения любым способом сводится к снижению температуры в зоне реакции до Т_п. Пути прекращения горения:

1. Снижение интенсивности тепловыделения в зоне реакции

Изменение концентрации реагентов в зоне реакции С_а и С_в:

- разбавление смеси одним из ее компонентов или прекращение доступа второго компонента

- разбавление смеси введением нейтральных (инертных) разбавителей (НГ)

Снижение давления в зоне реакции

Химическое торможение скорости реакции с понижением Кр и повышением Е, т.е. введение в зону реакции химически активных ингибиторов (ХАИ)

1. Повышение интенсивности теплоотвода от зоны реакции

Повышение коэффициента теплопередачи из зоны реакции

- введение в зону реакции компонентов с большим С и S

- введение в зону реакции компонентов с высокой теплопроводностью l

Повышение коэффициента черноты зоны реакции

Снижение температуры окружающего пространства:

- введение в зону реакции и окружающее пространство компонентов с высоким значением теплоты фазовых превращений (т.е. веществ, изменяющих свое агрегатное состояние)

- внезапным изъятием, физическим отделением всех источников зажигания горючей смеси и отделением ее от фронта пламени.

Некоторые из перечисленных механизмов прекращения горения не всегда можно осуществить при тушении большинства характерных (ординарных) пожаров. Например, прекращение горения внезапным снижением давления в зоне реакции, резкое повышение теплоотвода повышением коэффициента черноты излучающих сред в зоне реакции, а также изъятие, внезапное физическое отделение всех источников зажигания горючей смеси в зоне реакции. Но в некоторых частных случаях каждый из них может быть применен.

Скорость химической реакции зависит от числа эффективных соударений молекул горючего и окислителя. А количество этих соударений - прямо пропорционально числу молекул в единице объема зоны реакции. Поэтому интенсивность процесса горения зависит от давления. Для интенсификации процессов горения в различных технических устройствах, камерах сгорания, топках, технологических установках - повышают давление. При снижении давления интенсивность диффузионного горения снижается. А снизив давление до определенного значения, можно настолько уменьшить число молекул в единице объема зоны реакции, что горение прекратится.

В физике горения известны не только концентрационные пределы горения, но и пределы горения по давлению. Для большинства углеводородных горючих веществ они близки к 0, 1 атм. (В специальных устройствах удается поддерживать горение и при значительно более низких давлениях, почти до 0, 01 атм., т.е. до 7 мм рт.ст., но для прекращения диффузионного горения достаточно понизить давление до р = 0, 4—0, 5 атм). При таком разрежении скорость тепловыделения резко уменьшится, температура в зоне реакции понизится до Т_п и горение прекратится. Таким способом внезапного разрежения можно прекратить горение в некоторых технологических установках и аппаратах, а также при пожарах в пилотских кабинах, в пассажирских салонах самолетов, в кабинах космических кораблей и на орбитальных станциях при космических полетах.

При горении некоторых горючих материалов (например, водорода, магния) температура пламени очень высока и количество отводимого из зоны горения тепла должно быть очень большое (так как q''₂=ε σ (Т^-4_Г - Т^-4_Х), но эти пламена, как правило, бесцветны и коэффициент их черноты очень низкий. Поэтому теплопотери из зоны реакции не так велики, как могли бы быть при больших значениях е, Введение специальных добавок в пламя повысит излучающую способность пламени, приведет к резкому увеличению интенсивности теплоотвода из зоны реакции и к быстрому прекращению процесса горения.

Рассмотрим более подробно некоторые приемы тушения пламени по механизмам прекращения горения, приведенным в начале раздела.

Наиболее естественный способ прекращения горения – это снижение интенсивности тепловыделения. Этого можно добиться двумя путями: изменением концентрационного состава реагирующей смеси С_А и С_В или изменением химических констант скорости реакции К и Е.

Простейший и наиболее естественный способ изменения состава смеси в зоне протекания химических реакций горения прекращение доступа в зону реакции одного из компонентов: горючего или окислителя. Но и этот способ применяется только тогда, когда это достижимо одними техническими или механическими средствами. Закрытие вентилей на трубопроводах горючего газа или покрытие емкостей небольших размеров металлическим листом и другими способами прекращения доступа горючего в зону горения.

Частным способом прекращения доступа горючего в зону реакции горения без применения огнетушащих средств (составов) является тушение пожаров в резервуарах с горючей жидкостью методом ее перемешивания. Он сводится к следующему. При горении жидкостей со свободной поверхности горючее в зону горения поступает за счет испарения его из верхних слоев. В нижних слоях жидкости температура меньше, чем в верхних и, если она ниже температуры вспышки для этой жидкости, то интенсивным механическим перемешиванием ее можно добиться того, что на поверхность жидкости поступят холодные нижние слои. А более разогретые слои жидкости будут либо перемешаны и охлаждены, либо «насильно загнаны» вниз (временно). Тогда на поверхности будет расположен слой «холодной» жидкости с температурой не только ниже температуры ее воспламенения, но и ниже температуры вспышки ее паров, При этой температуре упругость и парциальное давление паров незначительно, т.е. количество паров недостаточно для создания над поверхностью жидкости горючей паровоздушной смеси. Поэтому в зоне горения перестанет поступать необходимое количество паров горючего и пламя погаснет. В динамике процесс тушения таким способом выглядит так. При постепенном снижении температуры жидкости в поверхностном слое смесь паров жидкости с воздухом над резервуаром «обеднится» горючим, она будет разбавлена окружающим воздухом настолько сильно, что скорость реакции резко упадет, интенсивность тепловыделения в зоне горения уменьшится и понизится температура в зоне реакции, что, в свою очередь, приведет к понижению скорости протекания химической реакции. Снижение интенсивности тепловыделения и температуры пламени приведет к уменьшению интенсивности теплового потока от факела пламени к зеркалу горючей жидкости. Эго еще больше снидит интенсивность парообразования и поведет к дальнейшему разбавлению, обеднению горючим зоны реакции. Когда совокупность всех этих взаимосвязанных процессов приведет к снижению температуры в зоне реакции до температуры потухания, процесс горения прекратится и пламя погаснет.

В принципе возможно тушение пламени и переобогащением горючей смеси в зоне реакции, т.е. более интенсивной подачей горючего в зону реакции горения. Но так как на пожарах, как правило, доступ окислителя в зону реакции горения очень велик и трудно регулируем, то увеличение интенсивности подачи горючего не приведет к переобогащению смеси и тушению пожара, а, наоборот, интенсифицирует процесс горения за счет увеличения размеров факела пламени. Переобогащением возможно тушение пламени лишь в замкнутых объемах с ограниченным доступом воздуха в зону горения. Снизить интенсивность подачи воздуха в зону горения можно при тушении пожаров в подвалах, туннелях, шахтах, трюмах и т.п. Это приведет к обеднению зоны горения окислителем (или относительному переобогащению ее горючим), интенсивность горения снизится и пламя погаснет. Характер изменения основных показателей процессов горения от состава смеси выглядит так: скорость реакции, а следовательно и интенсивность тепловыделения, и температура пламени, и скорость распространения пламени снижаются как при обеднении, так и при обогащении смеси, так как эти параметры имеют максимальное значение лишь в области стехиометрических концентраций состава горючей смеси либо вблизи этих концентраций.

Все другие способы тушения пламени, по какому бы механизму прекращения процесса горения они не осуществлялись, так или иначе связаны с применением специальных огнетушащих средств (точнее — огнетушащих составов, вводимых в зону горения или в горючие компоненты).

Выбор огнетушащих средств и способов их введения в зону горения зависит от вида горючего вещества, режима его горения и ряда дополнительных обстоятельств [13].

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: