Физико-химические основы развития и тушения пожаров

 

где: QHнизшая теплота сгорания горючего;

к0 -предэкспоненциальный множитель;

фг и  фок - концентрация горючего и окислителя соответственно;

пит- порядок  реакции по горючему и окислителю, соответственно;

Е - энергия  активации;

R- универсальная  газовая постоянная;

Т - температура. Интенсивность процесса теплоотвода  от фронта пламени (q~) излучением и конвекцией в расчете на единицу объема описывается  уравнением:

 

(3)

 

 

?"=ea-(TjLI-7'2) + a-(7'    -T )

I/                            у     пл       о'

где: £ - степень черноты пламени; о - константа  Стефана-Больцмана; 5 - площадь поверхности  теплообмена; а- коэффициент теплопередачи; V- объем зоны горения. Используя  понятие приведенного коэффициента теплопередачи, урав нение (3) можно  переписать в виде:

 

S

(4)

 

 

¦ а    -(Т    -Г )

пр у v  пл       о

где: СЦ, - приведенный коэффициент теплопередачи.

Графики зависимостей q+и q~ от температуры показаны на рис. 2.

Проекция  точки пересечения графиков (т.1) на ось абсцисс соответствует  температуре диффузионного пламени  Тг. Очевидно, что в этой точке q+= qи процесс горения является устойчивым.

 

 

 

 

 

 

 

3.Инертные рабавители.

 

Инертные разбавители – водяной  пар, диоксид углерода, азот, аргон, дымовые газы, летучие ингибиторы (галогеносодержащие вещества).

 

Водяной пар применяют для тушения пожаров в помещениях небольшого объема и создания паровых завес на открытых технологических площадках. Огнетушащая концентрация пара составляет 35% (об).

 

Диоксид углерода применяют для тушения ЛВЖ, электрооборудования, на аккумуляторных станциях. Для подачи СО2 применяют огнетушители и стационарные установки. Тушение пожара основано на разбавлении концентрации кислорода в зоне горения.

 

Порошковые составы сбивают и ингибируют пламя. Их используют для тушения электрооборудования, пирофорных соединений. Наиболее распространены порошковые составы на основе бикарбоната и карбоната натрия и калия, аммонийных солей фосфорной кислоты, силикагеля.

Инертные разбавители применяют  для объемного тушения и флегматизации,

 

т.е. для создания неподдерживающей горение среды с содержанием 

кислорода менее МВСК. Наиболее широкое  использование из подобных

средств находит диоксид углерода, огнетушащая концентрация которого для большинства обычных горючих  веществ составляет от 20 до 40 % по объему.

Инертные разбавители применяются  для объемного тушения. Они оказывают  разбавляющее действие, уменьшая концентрацию кислорода ниже нижнего концентрационного  предела горения. К наиболее широко используемым инертным разбавителям относятся  азот, углекислый газ и различные  галогеноуглеводороды. Эти средства используются, если более доступные  огнетушащие вещества, такие как  вода, пена оказываются малоэффективными.

Инертные разбавители, например двуокись углерода, азот или аргон, замещают часть кислорода в смеси, но они  оказывают не одинаковое гасящее  влияние. Гасящее действие разбавителей определяет их теплоемкость, которая  для перечисленных разбавителей наибольшая у двуокиси углерода и  наименьшая у аргона. Другие типы разбавителей могут оказать еще большее  гасящее действие, например некоторые  галоидосо-держащие органические соединения.

Влияние концентрации разбавителей на вязкость эпоксидного полимера.| Влияние  реакционной среды на кинетику реакции  эпоксидной смолы с вторичными аминами. Инертные разбавители, например ксилол, являются очень эффективными соединениями для понижения вязкости эпоксидных полимеров. Однако надо учитывать, что  большие количества таких разбавителей могут привести к снижению активности отверждающих агентов, так как уменьшается  вероятность встречи реакционноспособных  групп в разбавленной системе.

Инертные разбавители, используемые в экстракционных установках для  получения материалов в производстве атомной энергии.

Инертным разбавителем может быть любой газ, но так как после  аппарата продукты реакции должны быть отделены от разбавителя, то наилучшим  промышленным разбавителем является водяной  пар, отделение которого производится обычной конденсацией.

Термин инертный разбавитель используют здесь для обозначения такого растворителя, который не взаимодействует  в сколько-нибудь заметной степени  с четырехокисью азота и который  не образует сольватов с четырехокисью  в жидком или в твердом состоянии. Использование смеси инертного  разбавителя с четырехокисью  азота дает определенные преимущества по сравнению с одной четырехокисью  азота, что можно показать на примере  нитрометана, который наиболее широко применяют для этой цели. Нитрометан образует устойчивые смеси с четырехокисью  азота и смешивается с ней  в любых соотношениях. Образующиеся при взаимодействии с металлами  безводные нитраты растворяются в реакционной смеси н могут  быть выделены кристаллизацией. Диссоциация  четырехокиси в смеси на ионы облегчается  высоким значением диэлектрической  проницаемости нитрометана ( е37), поэтому  такая смесь более реакционноспособна, чем чистая четырехокись. Методы синтеза  с использованием нитрометана еще  мало изучены, так как эти же продукты часто значительно быстрее можно  синтезировать в смесях четырехокиси азота с донорными растворителями, например этилапетатом ( разд.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Комбинированные и прочие  средства тушения.

 

Комбинированный способ тушения пожара заключается в предварительной  изоляции пожарного участка перемычками  с последующим тушением его активным способом. Комбинированный способ применяют  в случаях, когда пожар успел  распространиться на большой площади,подступы к нему затруднены из-за высокой  температуры или отсутствуют  необходимые средства активной борьбы в момент возникновения пожара. При  этом способе перемычки могут  играть основную или вспомогательную  роль.

Комбинированный огнетушитель - огнетушитель с зарядом двух или более огнетушащих  веществ. КОМБИНИРОВАННЫЕ ОГНЕТУШИТЕЛИ по своей конструкции и назначению аналогичны огнетушителю ОХП-10. Комбинированный огнетушитель ОК-100 состоит из двух сосудов, смонтированных на тележке. Его огнетушащий заряд состоит из двух составов: раствора пенообразователя и порошка. По конструкции оба сосуда, в которых размещены составы, аналогичны друг другу. Для выталкивания зарядов из сосудов на тележке смонтирован воздушный баллон с регулятором давления.

Пожаротушение – это комплекс мер, направленных на ликвидацию пожаров. Для  возникновения и развития процесса горения необходимо одновременное  присутствие горючего материала, окислителя и беспрерывного потока тепла  от огня пожара к горючему материалу(источника  огня), то для прекращения горения  достаточно отсутствие какого-нибудь из этих компонентов.

 

Таким образом, прекращение горения  можно добиться снижением содержимого  горючего компонента, уменьшением концентрации окислителя, уменьшением энергии  активации реакции и, наконец, снижением  температуры процесса.

В соответствии с вышесказанным  существуют следующие основные способы  пожаротушения:

 

-охлаждение источника огня или  горения ниже определённых температур;

- изоляция источника горения  от воздуха;

-понижение концентрации кислорода  воздуха путём разведения негорючими  газами;

- торможение (ингибирование) скорости  реакции окисления;

- механический срыв пламени  сильной струей газа или воды, взрывом;

-создание условий огнезаграждения,  при которых огонь распространяется  через узкие каналы, диаметр которых  меньше диаметра гашения;

Для достижения этого применяют  различные огнегасящие материалы  и смеси (называемые далее веществами гашения или способами гашения).

Основными способами гашения являются:- вода, которая может подаваться в  огонь пожара цельными или распыленными струями;- пены (воздушно-механические и химические разной кратности), которые  представляют собой коллоидные системы, состоящие из пузырьков воздуха (в случае воздушно-механической пены), окруженных пленкой воды;- инертные газовые разбавители (диоксид углерода, азот, аргон, водяной пар, дымовые  газы);- гомогенные ингибиторы – галогеноуглеводороды (хладоны) с низкой температурой кипения;- гетерогенные ингибиторы - порошки  для гашения огня;- комбинированные  смеси.Выбор способа гашения и  его подачи определяется классом  пожара и условиями его развития.В  качестве средств тушения пожаров  применяются вода, паровоздушная  смесь, аэрозольное облако, инертные и негорючие газы, химические вещества, пены, огнетушащие порошки, взрывчатые вещества. Вода имеет большую теплоёмкость, охлаждает поверхность, образует на смоченной поверхности горящего вещества плёнку, препятствующую доступу  кислорода. При подаче воды в виде компактных струй можно сбивать  пламя, уменьшать концентрацию реагирующих  веществ в зоне горения. С этой целью используют ручные или лафетные стволы, которые подают воду на 70 – 80 м.В сравнении с другими средствами вода отличается такими преимуществами, как широкая доступность и низкая стоимость, большая теплоёмкость, обеспечивающая отвод тепла из труднодоступных мест, высокая транспортабельность, химическая нейтральность и нетоксичность.1л воды при нагревании от 0 до 100°С поглощает 419 кДж теплоты, а при испарении – 2260 кДж.

Тушение водой веществ, вступающих с ней в реакцию (металлического калия, кальция, карбида кальция  и т.п., магния, его сплавов в  раздробленном состоянии и смесей этих металлов с окислителями, термитно-натриевых, термитно-калиевых и фосфорно-натриевых  зажигательных веществ), не допускается. Для тушения электрооборудования, находящегося под напряжением, применение воды запрещается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика  расчёта

Задача №1

 

Для определения  безопасного расстояния для личного  состава при тушении газового фонтана этана используем формулу:

 

L_б = [R² - (H + H_ф)²]^1/2 ,                                                               (1)

                                2

По условию  задачи нам известны H – расстояние от поверхности земли до точки возникновения пламенного горения,  V_г – дебит фонтана, млн м³/сут; Q_н – низшая теплота сгорания, кДж/м³.

Расстояние  от центра факела до точки измерения  на земле (R) определяем по формуле:

 

R =                                                                               (2)

где η_л - доля теплоты газового фонтана, рассеиваемая в окружающее

пространство  излучением; q_п- интенсивность тепловыделения; E_н = 1,6 ∙ 10³

– уровень  облучения (ВТ/м²)

Долю  теплоты газового фонтана, рассеиваемая в окружающее пространство излучением (η_л) рассчитываем по формуле:

 

η_л = 0,048               (3)

 

Интенсивность тепловыделения (q_п) находим по формуле:

 

q_п = β ∙ Q_н ∙ V_г               (4)

 

 

где β –  коэффициент полноты сгорания; Q_н – низкая теплота сгорания 1 м³ газа; V_г – дебит фонтана, м³/с.

Для нахождения безопасного расстояния (L_б) нам не известно расстояние от центра факела до точки измерения на земле (R) и не известна длина факела горящего фонтана (H_ф)

Длину факела горящего фонтана найдём по формуле:

 

H_ф= 20 ,                        (5)

 

где V_г – дебит фонтана, м³/с.

 

Все данные для расчётов известны – возвращаемся к формуле (1) и определяем безопасное расстояния для личного состава  при тушении газового фонтана  этана.

 

 

Задача №2

 

Для нахождения скорости выгорания гексанав резервуаре диаметром d=8 м используем формулу:

 

m = Мμ_s               (1)

        d

                               

где М –  безразмерная скорость выгорания; μ_s – динамическая вязкость (НС/м²); d – диаметр резервуара, м.

Динамическая вязкость (μ_s) и диаметр резервуара (d) нам известны из условия, а для вычисления скорости выгорания (М) нам нужно рассчитать критерий Галилея (Ga).

Критерий  Галилея (Ga) рассчитываем по формуле:

 

Ga = gd³              (2)

                                        V_s

 

где g – ускорение свободного падения, м/с²; V_s - кинематическая вязкость, м/с².

 

Далее рассчитываем безразмерную скорость выгорания:

Для турбулентного  режима горения, если Ga ≥ 3 ∙ 10¹²

М = 0,114A∙B∙ Ga^1/3

Для переходного  режима, когда 4,8 ∙10⁸ ≤ Ga ≤ 3 ∙ 10¹²

М = 1,67 ∙ 10^-3 A ∙ B ∙ Ga^0,48

при 10⁷≤ Ga ≤ 4,8 ∙ 10⁸

М = A ∙ B ∙ Ga^0,16

Для ламинарного  режима Ga ≤ 10⁷

М = 10,87 ∙  A ∙ B

 

Теперь все  нужные для вычисления данные нам  известны, возвращаемся к формуле (1), рассчитываем скорость выгорания и  получаем ответ в кг/м² ∙ с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчётная часть

 

 

Задача  №1

Определить  безопасное расстояние для личного  состава при тушении газового фонтана этана.

 

Наименование вещества	Hф м	H м	Vг млн. м3/сут.	Qн кДж/м3
Этан	-	3	2,45	60959

 

Дано:                                              Решение:

Этан C₂H₆                                            L_б = √R² – (H + ½ H_ф)²;

V_г = 2,45 млн.м³/сут.          H_ф = 20√V_г;    

Q_н = 60959 кДж/м³             R = √η_л · q_п  / 4 π E;

M = 30                                 η_л = 0,048 √M;