Зависимость механизма прекращения горения от режима горения и агрегатного состояния горючих веществ

Механизм прекращения процессов горения на пожаре в значительной степени зависит от вида и режима горения, окружающих условий, исходного состояния горючего вещества и многих других факторов.

От предполагаемого механизма и способа прекращения процессов горения зависит выбор огнетушащего средства, способ его подачи в зону горения, требуемые количества огнетушащего средства и интенсивность его подачи и другие факторы, определяющие в конечном итоге эффективность и качество тушения того или иного вида пожаров.

Например, при кинетическом горении гомогенных, предварительно перемешанных газовых или парогазовых смесей в замкнутом объеме невозможен механизм тушения, путем изоляции одного из компонентов горючей смеси (так как смесь образовалась ранее, до момента ее воспламенения). Фронт пламени движется по горючей смеси самопроизвольно и остановить его можно только внешним воздействием: химическим торможением реакций горения во фронте пламени, экстренным введением химически активных ингибиторов, внезапным охлаждением фронта пламени (отводом тепла на теплоемком мелкоячеистом огнепреградителе). Если же кинетическое пламя стационарно (факел пламени «сидит неподвижно» на устье трубопровода, неплотности фланца и т.д.), то прекратить горение можно: изменением состава смеси (соотношения компонентов в смеси, если оно поддается регулированию); введением в состав горючей смеси нейтральных газов или химически активных ингибиторов; охлаждением факела пламени, введением охлаждающих средств в зону горения, либо аэродинамическим срывом факела пламени. (Если нет постоянно действующих внешних источников повторного зажигания).

При диффузионном режиме горения существует больше механизмов прекращения горения: изоляций компонентов горючей смеси друг от друга; введение огнетушащих средств в один из компонентов смеси; снижение интенсивности поступления одного из компонентов смеси в зону горения, а также охлаждение зоны горения и др.

Рассмотрим наиболее рациональные механизмы тушения в зависимости от исходного агрегатного состояния горючих веществ и материалов, при диффузионном горении (которое чаще всего встречается на пожаре). При диффузионном горении факела пламени на устье газового, газонефтяного или нефтяного фонтана, если нет возможности с помощью технических средств прекратить поступление горючего или изменить его состав введением в него огнетушащнх средств, то единственный возможный способ тушения - это воздействие на факел пламени, так как прекратить доступ воздуха в зону горения факела пламени на фонтане или отток продуктов сгорания практически невозможно. При этом воздействовать на факел пламени можно различными механизмами прекращения горения. Отрывом источника зажигания (факела пламени) от устья фонтана: взрывом ВВ; охлаждением факела пламени, введением в него теплоемких компонентов (воды, порошковых составов и др.); разбавлением концентрации реагентов в факеле пламени интенсивным введением нейтральных газов или еще лучше - химически активных ингибиторов или порошковых огнетушащих средств, обладающих свойством химического торможения реакций горения.

При тушении пожаров на фонтанах охлаждать горящее вещество практически бесполезно, так как горючие газы способны гореть при любой начальной температуре, а горючие жидкости в условиях фонтана распыляются так интенсивно, что охладить их ниже температуры вспышки почти невозможно. Поэтому охлаждать необходимо факел пламени, Т.е. отводить тепло непосредственно из зоны горения. Это оказывается технически осуществимо потому, что при горении фонтана факел пламени имеет форму конуса с вершиной внизу, а основанием вверху, область зажигающего кольца находится в вершине конуса, т.е. внизу, поэтому достаточно прекратить пламенное горение одновременно в области «зажигающего» кольца на непродолжительное время (на 1-2 с), чтобы горение прекратилось полностью и пожар был потушен (рис. 59). На рис. 59 показаны последовательные стадии тушения газового фонтана. При тушении протяженность зоны «зажигающего» кольца сужается (оно перемещается в пространстве), его мощность уменьшается, факел пламени перемешается вверх, и гак только его мощность достигнет критического значения, процесс горения прекратится - факел оторвется. (Естественно, если нет внешних, посторонних источников зажигания, в виде раскаленных элементов конструкции, электрических искр, разрядов статического электричества и др.).

Рис. 59 Механизмы прекращения горения газового фонтана

 

При пожарах в резервуарах факел пламени имеет иную форму. Он представляет собой обычно (особенно в безветренную погоду или при слабом ветре) конус в 'нормальном' положении, с вершиной вверху и широким основанием внизу. Высота конуса может достигать полутора-двух диаметров основания. Периметр основания конуса пламени равен, как правило, периметру резервуара (или вскрытой его части) иможет составлять несколько десятков метров. Конвективные потоки воздуха вокруг периметра основания факела пламени менее интенсивны. А поток паров горючей жидкости обладает очень малой кинетической энергией. Он поднимается вверх по законам диффузии или за счет конвективных газовых потоков. Интенсивность (начальная скорость) этих потоков на несколько порядков ниже, чем скорость горючего в устье скважины. Поэтому при тушении резервуаров с ГЖ подавать огнетушащие средства необходимо в зону горения, от основания до вершины факела пламени, чтобы прекратить процесс горения одновременно во всем объеме факела пламени.

Обеспечить равномерную и одновременную подачу огнетушащих средств по периметру резервуара и во весь объем факела пламени три горении паров ЛВЖ, ГЖ на большой площади - задача очень сложная (и, как правило, неосуществимая). Поэтому, несмотря на то, что прекратить пламенное горение над поверхностью ЛВЖ, ГЖ нужно всего на 1-2 с (но одновременно во всем объеме факела пламени), тушение таких пожаров способом подачи огнетушащих средств непосредствен, но в факел пламени по механизму отвода тепла от факела пламени, на практике почти не применяют. Да и другими механизмами объемного воздействия на факел пламени, например, с помощью порошковых составов или химически активных ингибиторов, почти не пользуются. Такие пожары, как правило, тушат либо путем охлаждения ЛВЖ, ГЖ, снижая тем самым интенсивность их испарения, что, в свою очередь, приводит к обеднению смеси в факеле пламени, снижению его интенсивности и температуры, и, таким образом, доводя процесс горения до полного прекращения. Либо путем изоляции горючей жидкости от зоны горения, подачей на поверхность ЛВЖ, ГЖ пены или порошка, которые также приводят к снижению интенсивности испарения ЛВЖ, ГЖ, обеднению смеси в факеле пламени, снижению его интенсивности и температуры и т.д. - до полного потухания.

Наконец, при тушении пожаров, связанных с горением твердых горючих материалов, охлаждение зоны горения (факела пламени) вообще имеет лишь второстепенное значение. Оно снижает лишь интенсивность лучистого и конвективного тепловых потоков к поверхности горючего материала и облегчает боевую обстановку в зоне горения на пожаре. Охлаждение зоны горения и даже полное прекращение пламенного горения над поверхностью ТГМ не означает, что пожар потушен. Так как ТГМ, как правило, кроме гомогенного диффузионного пламенного горения, склонны к гетерогенному, беспламенному диффузионному горению и тлению (менее интенсивная форма гетерогенного диффузионного горения). Поэтому прекратить пламенное горение ТГМ, даже на достаточно продолжительное время - еще не означает потушить пожар. Он будет продолжаться по механизму беспламенного горения (которое может быть и весьма интенсивным).

В отличие от горючих газов, имеющих до воспламенения невысокую температуру, и от ЛВЖ, ГЖ - максимальные температуры которых при горении на пожарах не выше температуры их кипения, температура поверхности твердых горючих материалов, как правило, значительно выше не только температуры самовоспламенения продуктов их пиролиза, но даже выше температуры их вынужденного зажигания. Она может достигать 800-900 С. И при этом в поверхностных слоях ТГМ продолжается процесс гетерогенного диффузионного горения. Поэтому после прекращения диффузионного пламенного горения продуктов пиролиза ТГМ над их поверхностью, если она не охлаждена до температуры ниже температуры самовоспламенения продуктов разложения ТГМ, вновь может возникнуть пламенное горение. Причем этот процесс может повторяться неоднократно, пока не будут достигнуты условия, необходимые (прекращение пламенного горения над поверхностью ТГМ) и достаточные (снижение температуры поверхности и поверхностных слоев ТГМ ниже температуры самовоспламенения продуктов их термического разложения). Еще строже было бы принять за условия достаточные для полного тушения пожара — снижение температуры ТГМ до температуры ниже температуры их самовозгорания. Но в динамических условиях тушения пожаров эта разница не так существенна. В квазистационарных условиях медленного самонагревания опасность возникновения пожара по механизму саморазогрева достаточно велика. На пожаре же она менее существенна. Поэтому за условия, достаточные для прекращения пожаров ТГМ с точки зрения физико-химических процессов горения, можно принять условия снижения температуры этих материалов ниже температуры начала их пиролитического разложения. При этом снизится выход летучих в зону горения и прекратится процесс пламенного горения. (Сначала зона горения обеднится горючим, снизится интенсивность процесса горения и тепловыделения, это приведет, в свою очередь, к снижению температуры пламени; снижение температуры пламени - приведет к снижению интенсивности теплового потока к поверхности горючего и дальнейшему снижению ее температуры и интенсивности выхода летучих фаз и т.д. до полного потухания пламени). При тушении пространственных конструкций ТГМ в виде штабелей древесины и т.п. огнетущащим средством, действующим по механизму охлаждения, необходимо воздействовать им на все поверхности ТГМ способные генерировать летучие продукты их пиролиза и служащие мощным постоянно действующим источником зажигания.

Таким образом, механизм прекращения горения того или иного пожара зависит от вида горючего вещества и его агрегатного состояния. А это, в свою очередь, определяет способ тушения пожара, вид огнетушащих средств и зону их подачи, способ подачи и оптимальную интенсивность. Так, например, при тушении пожаров газовых и гаэонефтяных фонтанов могут применяться все виды огнетушащих средств: нейтральные газы, химически активные ингибиторы, вода, порошковые составы, комбинированные средства тушения и т.д., кроме изолирующих средств типа пен. При тушении пожаров, связанных с горением ЛВЖ, ГЖ, могут применяться без исключения все виды огнетушащих средств. Но возможность их практического применения и эффективность действия зависят от условий горения. При больших размерах факела пламени горючей жидкости, горящей в открытом пространстве (вне помещений), затруднительно применение огнетушащих средств, действующих по механизму объемного тушения: нейтральных газов, химически активных ингибиторов, порошковых огнетушащих средств объемного тушения (действующих преимущественно на факел пламени), и распыленной воды, действующей по механизму прекращения горения охлаждением факела пламени. Более эффективны изолирующие средства типа пен и порошков, действующих по поверхности горючей жидкости и охлаждающих средств, действующих по механизму прекращения горения охлаждением жидкой фазы горючего. Наоборот, при внутренних пожарах, связанных с горением ЛВЖ, ГЖ внутри зданий и помещений, эффективны такие средства объемного тушения, как нейтральные газы, химически активные ингибиторы, порошковые составы и др.

При тушении пожаров, связанных с горением твердых горючих материалов наиболее эффективны охлаждающие огнетушащие средства: вода, водные растворы загустителей и смачивателей, действующие по механизму прекращения горения охлаждением горючих материалов (прекращением выхода летучих в зону горения) и изолирующие огнетушащие средства типа пен и порошков, приводящие к тому же эффекту.

Наоборот, мало эффективны при тушении пожаров ТГМ, способных к гетерогенному диффузионному горению, такие огнетушащие средства, как нейтральные разбавители, химически активные ингибиторы, порошковые огнетушащие средства, воздействующие преимущественно на факел пламени. Эти общие рекомендации по физико-химии механизмов прекращения процессов диффузионного горения в условиях пожаров следует учитывать и при проектировании автоматических систем пожаротушения и при проектировании пожарной техники и при разработке методов тушения пожаров силами и средствами пожарной охраны [13].

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: