Пожежі без вибухів

При пожежах, що протікають без вибухів, може бути виділено три зони: горіння, теплового впливу і задимлення.

У зоні горіння протікають процеси термічного розкладання, випаровування, наприклад, нафтопродуктів в обсязі дифузійного факела полум'я. Межею зони горіння є поверхня палаючого продукту та тонкий поверхневий шар полум'я, що світиться, де відбувається реакція окислення.

Необхідно зауважити, що інтенсивність горіння визначається не швидкістю протікання самої реакції окислення, а швидкістю надходження кисню з навколишнього простору в зону горіння. Це пояснюється тим, що швидкість протікання хімічних реакцій горіння конденсованих речовин значно перевершує швидкість таких фізичних процесів, як дифузія компонентів, що беруть участь в реакції, та передача теплоти із зони горіння горючим речовинам для підготовки їх до хімічної взаємодії. Таким чином, лімітуючими процесами при горінні є дифузія та теплопередача, а процеси горіння при пожежі розвиваються в дифузійній області. Ця обставина має важливе практичне значення при вирішенні питань зниження ризиків пожеж.

Зона теплового впливу примикає до межі зони горіння. У цій частині простору протікають процеси теплопередачі, зумовлюють формування одного з найважливіших уражаючих факторів пожежі – опромінення людей та об'єктів навколишнього середовища тепловим випромінюванням.

Для нафтопродуктів та інших легкозаймистих речовин тепло, що виділяється при їх горінні, витрачається на їх підготовку до участі в процесі горіння (на розкладання та випаровування). Вважається, що ці витрати в середньому складають 3% від усього тепловиділення. Решта 97% відводяться із зони горіння в навколишній простір. Ця теплопередача здійснюється шляхом конвекції, прямого випромінювання і теплопровідності.

Необхідно відзначити, що велика частина тепла передасться шляхом конвекції. Наприклад, при горінні бензину в резервуарі на конвективний перенос тепла припадає 57...62%. При пожежах всередині будівель і споруд продукти згоряння, що мають високу температуру, конвективними потоками переносяться по всьому лабіринту коридорів і приміщень, передаючи тепло на їхньому шляху матеріалам і конструкціям, що зустрічаються, підвищуючи їх температуру до критичних значень і викликаючи загоряння.

Передача тепла випромінюванням найбільш характерна для зовнішніх пожеж. Потужне випромінювання тепла відбувається при горінні горючих рідин у резервуарах із утворенням зовнішнього полум'я. У цьому випадку на значні відстані може передаватися від 30 до 40% тепла. Слід мати на увазі, що чим більша поверхня полум'я, менша ступінь його чорноти, тим вище температура горіння і більша частина тепла передається шляхом випромінювання.

При пожежах у замкнутих об'ємах і огородженнях дія теплового випромінювання на навколишнє середовище обмежується екранами, що виникають на його шляху.

При внутрішніх пожежах передача тепла відбувається головним чином шляхом теплопровідності. Теплопередача здійснюється через конструктивні елементи й огородження сховищ нафтопродуктів, палива та інших горючих рідин. При пожежах горючих рідин в резервуарах тепло шляхом теплопровідності передається нижнім шарам цих рідин. При цьому створюються умови для їх скипання і викиду.

Зона задимлення при пожежах нафтопродуктів та інших видів рідкого пального примикає до зони горіння. Назва зони у відомому сенсі умовна, оскільки під нею зазвичай розуміється не весь той простір, охоплений димом, а тільки його частина, де неможливе перебування людей без засобів захисту органів дихання. Межами зони задимлення вважаються ізолінії з концентрацією аеродисперсної фази диму 10 кг/м3, видимістю предметів 6... 12 метрів і концентрацією кисню не менше 16%. Знаходження людей без засобів захисту органів дихання на межі цієї зони безпечно.

У динаміці будь-якої пожежі важливу роль відіграє інтенсивність газообміну, оскільки лімітуючою стадією процесу горіння, як зазначалося вище, зазвичай е дифузійне перенесення кисню до поверхні зони горіння.

Говорячи про інтенсивність газообміну при пожежах, насамперед, мають на увазі швидкість притоку повітря до зони горіння. Зрозуміло, що ті продукти горіння, котрі нагріті в зоні реакції і мають меншу щільність, ніж повітря, що надходить у зону горіння, здіймаються вгору і створюють надлишковий тиск. У нижній же частині резервуара (приміщення), де відбувається горіння або поблизу підстилаючої поверхні (якщо горять нафтопродукти або інше пальне, котре вилилося зі сховища), через спад і зниження парціального тиску кисню в повітрі, що бере участь в реакції окислення, створюється зона зниженого тиску. Висоту, на якій тиск дорівнює атмосферному, називають рівнем однакових тисків.

Процес розвитку пожежі на об'єктах може бути схарактеризований цілою низкою фізичних та геометричних параметрів, які необхідно брати до уваги при оцінці її небезпеки для людей і навколишнього середовища.

Приміром, до характеристик і параметрів пожеж можна віднести:

• • вид пожежі (в замкнутому об'ємі або відкритий);
• • пожежне навантаження, тобто кількість теплової енергії, яку може бути виділено при згорянні нафтопродуктів або іншого пального, що міститься на аварійному об'єкті;
• • інтенсивність виділення тепла, тобто кількість теплової енергії, що виділяється за одиницю часу і залежить від кількості повітря, що надходить;
• • масову швидкість вигоряння продуктів (визначається

інтенсивністю випаровування в зоні горіння);

• • площу горіння;
• • площу пожежі;
• • фронт пожежі;
• • лінійну швидкість розповсюдження горіння;
• • період розвитку пожежі.

Пожежі без вибухів при своєму розгортанні розвиваються у три фази.

I фаза -поширення полум'я від початкового загоряння до охоплення вогнем великої частини горючих матеріалів. Ця фаза спочатку характеризується порівняно невеликою температурою і найнижчою швидкістю поширення вогню, тому найлегше ліквідувати пожежу у перші 15...20 хвилин від її початку.

II фаза є фазою сталого горіння: вона триває до моменту обвалення конструкцій (завалення будинку, що горить).

III фаза – вигоряння матеріалів у завалених будівлях – характеризується невеликою швидкістю горіння і мінімальним тепловим випромінюванням.

Максимальна швидкість горіння матеріалів настає на момент вигоряння 30% початкової маси горючих матеріалів, що відповідає 20...25% загальної тривалості пожежі Тпож.

Тривалість горіння у пожежі, яка не поширюється, залежить під питомого горючого навантаження Рпиг кількості (маси) горючих матеріалів і середньої масової швидкості вигоряння цих матеріалів.

Питоме горюче навантаження Рпит розраховується за формулою

(5.2)

де М – сумарна маса горючих матеріалів, записана у кілограмах; в – площа їхнього розміщення, записана у м2.

Тривалість горіння Тпож розраховується за формулою

(5.3)

де (ω) – середня масова швидкість вигоряння матеріалу, записана у кг/(м2 хв).

Середня масова швидкість вигоряння матеріалу е довідковою величиною і може бути узята з довідкових таблиць (табл. 5.5) або визначена експериментально.

Таблиця 5.5

Середня масова швидкість вигоряння деяких матеріалів

ПРИКЛАД. У складському приміщенні площею S= 500 м2 зберігається М₁ = 35 тонн карболіту і М₂ = 100 тонн гуми. Визначте: 1) прогнозовану тривалість пожежі ТПОЖ; 2) інтервал часу tmax, на який припадає максимальна швидкість горіння складських матеріалів.

Розв'язання.

1. Питоме горюче навантаження РПІАТ визначаємо за формулою

2. Знаходимо середньозважену масову швидкість вигоряння двох спалимих матеріалів (карболіту і гуми)

3. Тривалість пожежі Тпт розраховуємо за формулою

4. Встановлюємо інтервал часу, на який припадає максимальна швидкість горіння,

Відповідь. Тпож = 2год42,6т; tmax = 32...41 хвилини від початку пожежі.

Інтенсивність опромінення об'єктів на тій чи іншій відстані від зони горіння залежить від інтенсивності виділення тепла при пожежі, а також від відстані, наявності перешкод на шляху його поширення, включаючи й оптичні неоднорідності в атмосфері (аерозолі, пил тощо).

Якщо позначити інтенсивність теплового випромінювання зони горіння через qзг (кВт/м2), а інтенсивність опромінення об'єкта, поверхня якого перпендикулярна напрямку на зону горіння через (кВт/м2), і прийняти допущення, що ця зона є точковим джерелом, то взаємозв'язок між qзг і q0 виразиться співвідношенням:

(5.4)

де R – відстань від зони горіння до об'єкта, м; k – коефіцієнт ослаблення теплового випромінювання в задимленій атмосфері, м-1.

Слід зауважити, що апроксимація зони горіння точковим джерелом тим менш точна, чим більша площа горіння. Наприклад, при пожежі з викидом нафтопродуктів із ємностей зона горіння може виявитися досить розтягнутою за площею.

З урахуванням деяких припущень для усереднених умов горіння нафтопродуктів інтенсивність опромінення об'єкта на відстані R від зони горіння можна розрахувати за формулою:

(5.5)

де qпф – інтенсивність теплового випромінювання з поверхні факела від палаючих розлиттів, кВт/м2 (табл. 5.6).

Таблиця 5.6

Інтенсивність теплового випромінювання qпф на поверхні факела від палаючих розлиттів

Користуючись формулою (5.5), можна розв'язати зворотну задачу: визначити відстань R, на якій інтенсивність опромінення буде дорівнювати допустимій величині:

(5.6)

де qд – допустима інтенсивність опромінення,кВт/м2.

ПРИКЛАД.

На якій мінімально безпечній відстані від резервуара з мазутом можна розмістити тимчасовий склад автопокришок, аби уникнути їх спалахування в разі аварійного загорання мазуту? Розв'язання.

• 1. Інтенсивність теплового випромінювання з поверхні факела палаючого мазуту становить(табл. 5.6).
• 2. За допустиму інтенсивність теплового опромінення автопокришок приймемо критичну інтенсивність теплового впливу для гуми (табл 5.4):
• 3. Користуючись формулою (5.6) знаходимо мінімальну безпечну відстань:

Відповідь: