Введение
Расчет пожара (прогнозирование опасных факторов) необходим для оценки своевременности эвакуации и разработке мероприятий по ее совершенствованию, при создании и совершенствовании систем сигнализации, оповещения и тушения пожаров, при разработке планов пожаротушения (планирования боевых действий пожарных подразделений при пожаре), для оценки фактических пределов огнестойкости, проведении пожарно-технических экспертиз и других целей.
В развитии пожара в помещении обычно выделяют три стадии:
- начальная стадия - от возникновения локального неконтролируемого очага горения до полного охвата помещения пламенем; при этом средняя температура среды в помещении имеет не высокие значения, но внутри и вокруг зоны горения температура такова, что скорость тепловыделения выше скорости отвода тепла из зоны горения, что обуславливает само ускорение процесса горения;
- стадия полного развития пожара - горят все горючие вещества и материалы, находящиеся в помещении; интенсивность тепловыделения от горящих объектов достигает максимума, что приводит и к быстрому нарастанию температуры среды помещения до максимальных значений;
- стадия затухания пожара – интенсивность процесса горения в помещении снижается из-за расходования находящейся в нём массы горючих материалов или воздействия средств тушения пожара.
Однако в любом случае, как показывает уравнение «стандартного пожара», температура в очаге пожара через 1,125 мин достигает значения 365оС. Поэтому очевидно, что возможное время эвакуации людей из помещений не может превосходить продолжительности начальной стадии пожара.
Факторы дымообразования
Дымообразование – сложный физико-химический процесс, состоящий из нескольких стадий, вклад которых зависит от условий пиролиза и горения строительных отделочных материалов. Как показали исследования, процесс термодеструкции строительных отделочных материалов можно описать следующим образом: на начальной стадии, при нагревании материала под действием высокой температуры протекают процессы пиролиза. Недостаток кислорода в зоне воздействия температурного фактора объясняется поглощением кислорода в ходе процессов горения и невозможностью поступления кислорода из неподвергнутых тепловому потоку слоев материала. Следовательно, выход продуктов дымообразования строительных отделочных материалов на начальной фазе должен быть тождественен продуктам пиролиза. По мере дальнейшего прогревания материала дымообразование характеризуется сложными химическими процессами и выбросом в газовую фазу ряда различных веществ.
Следующую фазу дымообразования, наступающую при температуре 700- 1000 С, можно охарактеризовать как процессами, аналогичными описанным в предыдущей стадии, так и процессами вторичного дымообразования продуктов термодеструкции материала, уже находящихся в газовой фазе.
Рассмотрим влияние температуры на процесс дымообразования древесины. До температуры 170-250 °С древесина ведет себя как инертное вещество: существенные тепловые эффекты в этой области отсутствуют. Максимумам экзотермических эффектов соответствуют температуре около 340 °С и около 470°С. Интенсивное физическое разрушение древесины начинается при температуре 300°С. Этот процесс начинается на поверхности обугленной в процессе разложения древесины с момента появления маленьких трещинок, расположенных поперек волокон. Из трещинок летучие продукты, образующиеся во внутренних слоях древесины, поступают на поверхность. Со временем степень обугливания, частота трещин, их глубина и ширина увеличиваются, количество выделяемых горючих газов возрастает, а деревянные конструкции расщепляются, теряя несущую способность. Однако, скорость распада древесины снижается с присутствием в древесном комплексе антипиренов. Выход летучих продуктов изменится за счет уменьшения горючей составляющей смолы, значит, уменьшится и теплота сгорания летучих горючих продуктов. В результате количество тепла, доставляемого на поверхность древесины, уменьшится. Это означает, что для поддержания горения потребуется более мощный тепловой поток. Cлой угля, по мере его накопления, будет служить защитой для внутренних слоев древесины. Этим можно объяснить уменьшение дымообразования древесных материалов при использовании огнезащитных составов. При пламенном горении образцов древесины в атмосфере воздуха, или смеси азота с воздухом, кривая скорости дымообразования имеет два пика. Область первого пика характеризует процесс выделения негорючих дымообразующих продуктов и паров воды. После первого максимума наблюдается выделение горючих продуктов разложения древесины и их пламенное горение, за которым вновь следует участок выделения дыма. Для сравнения дымообразующей способности строительных отделочных материалов принято сопоставлять коэффициенты общего дымообразования, которые зависят от условий пиролиза и горения материалов. Установлено, что дымообразование образцов древесины, полиэтилена, эластичного пенополиуретана и огнезащищенного полистирола становится интенсивнее при снижении концентрации кислорода в окружающей атмосфере, в то время как для жесткого пенополиуретана, полистирола, поливинилхлорида, мочевиноформальдегидного пенопласта коэффициент общего дымообразования практически не зависит от содержания кислорода. С увеличением температуры коэффициент дымообразования древесины снижается, а для жесткого пенополиуретана, полистирола, поливинилхлорида, полиакрилонитрила наоборот увеличивается. Дым представляет собой главным образом диспергированные частицы, аналогичные по химическому составу нелетучему остатку. Этот вывод был подтвержден проведенным химическим анализом частиц дыма.
Согласно концепции капельной теории в результате пиролиза органических соединений образуются углеводородные соединения, молекулярная масса которых и концентрация в локальных зонах газовой фазы растут до достижения так называемой точки росы, когда парциальное давление вещества в газе достигает величины давления насыщенного пара. Это состояние приводит к конденсации и образованию капель.
Последующие реакции дегидрополиконденсации соединений в жидкой фазе приводят к образованию твердых частичек с высоким содержанием углерода. В результате пиролиза углеводородов образуются промежуточные неустойчивые соединения. Эти не сконденсировавшиеся под влиянием ван-дер-ваальсовых сил молекулы высших углеводородов или комплекс высокоактивных промежуточных соединений свободно-радикального типа. Возможно, зародышами сажевых частиц в газовой фазе являются положительно заряженные углеводородные фрагменты. Благодаря наличию положительных углеводородных ионов ускоряются процессы нуклеации и конденсации соединений.
Большая часть положительных ионов в сажеобразующих пламенах углеводородов принадлежит высшим углеводородам. С увеличением размера ионных частиц по высоте пламени пропорционально меняется распределение размера сажевых частиц. Образование заряженных частиц в пламени может происходить в результате столкновения атомов и молекул, имеющих высокую кинетическую энергию. Поэтому чем выше температура, тем больше вероятность ионизации. Термоэмиссия электронов и их «прилипание» к нейтральным атомам или молекулам приводят к появлению положительно и отрицательно заряженных частиц. Отрыв электрона происходит тем легче, чем ниже ионизационный потенциал у атома и молекулы.
Скачать реферат