Четвртак, март КСНУМКС КСНУМКС КСНУМКС: КСНУМКС

Основни појмови

Оцените овај артикал
(КСНУМКС гласова)

Хемија и физика ватре

Ватра је манифестација неконтролисаног сагоревања. Укључује запаљиве материјале који се налазе око нас у зградама у којима живимо, радимо и играмо, као и широк спектар гасова, течности и чврстих материја са којима се сусрећемо у индустрији и трговини. Они су обично засновани на угљенику и могу се заједнички назвати горива у контексту ове дискусије. Упркос великој разноликости ових горива иу њиховом хемијском иу физичком стању, у ватри имају заједничке карактеристике које су свима њима заједничке. Разлике се јављају у лакоћи са којом се ватра може покренути (паљење), брзина којом се ватра може развити (пламен се ширио), и снагу која се може генерисати (брзина ослобађања топлоте), али како се наше разумевање науке о пожару побољшава, постајемо способнији да квантификујемо и предвидимо понашање у пожару и применимо наше знање на безбедност од пожара уопште. Сврха овог одељка је да прегледа неке од основних принципа и пружи смернице за разумевање пожарних процеса.

Основни појмови

Запаљиви материјали су свуда око нас. С обзиром на одговарајуће околности, могу се натерати да спале подвргавањем извор паљења која је способна да покрене самоодрживу реакцију. У овом процесу, „гориво“ реагује са кисеоником из ваздуха да би ослободило енергију (топлоту), док се претвара у продукте сагоревања, од којих неки могу бити штетни. Потребно је јасно разумети механизме паљења и сагоревања.

Већина свакодневних пожара укључује чврсте материјале (нпр. дрво, производе од дрвета и синтетичке полимере), иако гасовита и течна горива нису неуобичајена. Кратак преглед сагоревања гасова и течности је пожељан пре него што се расправља о неким од основних појмова.

Дифузиони и претходно мешани пламенови

Запаљиви гас (нпр. пропан, Ц3H8) може да се спали на два начина: млаз или млаз гаса из цеви (уп. једноставан Бунзенов горионик са затвореним улазом за ваздух) може се запалити и гореће као дифузиони пламен у којима се сагоревање јавља у оним регионима где се дифузним процесима мешају гасовито гориво и ваздух. Такав пламен има карактеристичну жуту светлост, што указује на присуство ситних честица чађи насталих као резултат непотпуног сагоревања. Неки од њих ће изгорети у пламену, али други ће изаћи из врха пламена и формирати се дим.

Ако се гас и ваздух блиско помешају пре паљења, тада ће доћи до претходно мешаног сагоревања, под условом да смеша гас/ваздух лежи у опсегу концентрација ограниченим доњим и горњим границе запаљивости (види табелу 1). Ван ових граница, смеша је незапаљива. (Имајте на уму да а претходно мешани пламен се стабилизује на отвору Бунзеновог горионика када је улаз ваздуха отворен.) Ако је смеша запаљива, онда се може запалити малим извором паљења, као што је електрична варница. Тхе стехиометријски смеша је најлакше запаљива, у којој је количина присутног кисеоника у тачној пропорцији да сагоре сво гориво до угљен-диоксида и воде (погледајте пратећу једначину, испод, у којој се може видети да је азот присутан у истој пропорцији као у ваздуху али не учествује у реакцији). Пропан (Ц3H8) је запаљиви материјал у овој реакцији:

C3H8 + 5О2 + 18.8Н2 = 3ЦО2 + 4Х2О + 18.8Н2

Електрично пражњење од само 0.3 мЈ је довољно да запали стехиометријску смешу пропан/ваздух у приказаној реакцији. Ово представља једва приметну статичну искру, какву доживљава неко ко је прошао по синтетичком тепиху и додирнуо уземљени предмет. Још мање количине енергије су потребне за одређене реактивне гасове као што су водоник, етилен и етин. У чистом кисеонику (као у горњој реакцији, али без присутног азота као разблаживача), довољне су чак ниже енергије.

Табела 1. Доња и горња граница запаљивости у ваздуху

 

Мања запаљивост 
ограничење (% по запремини)

Горња запаљивост 
ограничење (% по запремини)

Угљен моноксид

12.5

74

Метан

5.0

15

пропан

2.1

9.5

n-Хексан

1.2

7.4

n-Дечане

0.75

5.6

Метанол

6.7

36

Етанол

3.3

19

Ацетон

2.6

13

Бензен

1.3

7.9

 

Дифузиони пламен повезан са протоком гасовитог горива представља пример начина сагоревања који се примећује када се течно или чврсто гориво подвргава пламеном сагоревању. Међутим, у овом случају, пламен се напаја парама горива које се стварају на површини кондензоване фазе. Брзина довода ових пара је повезана са њиховом брзином сагоревања у дифузионом пламену. Енергија се преноси са пламена на површину, чиме се обезбеђује енергија неопходна за производњу пара. Ово је једноставан процес испаравања за течна горива, али за чврста тела мора се обезбедити довољно енергије да изазове хемијско разлагање горива, разбијање великих полимерних молекула на мање фрагменте који могу да испаре и побегну са површине. Ова термичка повратна спрега је неопходна за одржавање протока паре, а самим тим и за подршку дифузионог пламена (слика 1). Пламен се може угасити ометањем овог процеса на више начина (види доле).

Слика 1. Шематски приказ горуће површине који приказује процесе преноса топлоте и масе.

ФИР010Ф1

Пренос топлоте

Разумевање преноса топлоте (или енергије) је кључ за разумевање понашања у пожару и пожарних процеса. Предмет заслужује пажљиво проучавање. Постоји много одличних текстова којима се може обратити (Велти, Вилсон и Вицкс 1976; ДиНенно 1988), али за садашње потребе потребно је само скренути пажњу на три механизма: проводљивост, конвекцију и зрачење. Основне једначине за стабилно стање преноса топлоте () су:

Провођење:   

Конвекција:    

Зрачење:      

Кондукција је релевантна за пренос топлоте кроз чврста тела; (k је својство материјала познато као топлотна проводљивост (кВ/мК ) и l је растојање (м) са које температура пада T1 до T2 (у степенима Келвина). Конвекција се у овом контексту односи на пренос топлоте са флуида (у овом случају, ваздуха, пламена или производа ватре) на површину (чврсту или течну); h је коефицијент конвективног пролаза топлоте кВ/м2К) и зависи од конфигурације површине и природе струјања флуида поред те површине. Зрачење је слично видљивој светлости (али са већом таласном дужином) и не захтева интервенциони медијум (може да прође кроз вакуум); e је емисивност (ефикасност којом површина може да зрачи), с је Стефан-Болцманова константа (). Топлотно зрачење путује брзином светлости (3 к 108 м/с) и чврсти објекат који се налази између њих ће бацити сенку.

Брзина сагоревања и брзина ослобађања топлоте

Пренос топлоте са пламена на површину кондензованих горива (течности и чврсте материје) подразумева мешавину конвекције и зрачења, мада ово последње доминира када ефективни пречник ватре прелази 1 м. Брзина сагоревања (, (г/с)) се може изразити формулом:

је топлотни ток од пламена до површине (кВ/м2); је губитак топлоте са површине (нпр. радијацијом и провођењем кроз чврсту материју) изражен као флукс (кВ/м2); Aгориво је површина горива (м2); и Lv је топлота гасификације (еквивалентна латентној топлоти испаравања за течност) (кЈ/г). Ако се пожар развије у скученом простору, врући димни гасови који се дижу из ватре (покренути узгоном) се одбијају испод плафона, загревајући горње површине. Настали слој дима и вруће површине зраче доле до доњег дела кућишта, посебно до површине горива, чиме се повећава брзина сагоревања:

где је додатна топлота доведена зрачењем из горњег дела кућишта (кВ/м2). Ова додатна повратна спрега доводи до знатно повећане стопе горења и до феномена преокретања у затвореним просторима где постоји адекватан доток ваздуха и довољно горива за одржавање пожара (Дрисдале 1985).

Брзина сагоревања је умерена величином вредности од Lv, топлота гасификације. Ово је обично мало за течности и релативно високо за чврсте материје. Сходно томе, чврсте материје имају тенденцију да сагоревају много спорије од течности.

Тврдило се да је најважнији појединачни параметар који одређује понашање материјала (или склопа материјала) при пожару. брзина ослобађања топлоте (РХР) који је повезан са брзином сагоревања кроз једначину:

где је ефективна топлота сагоревања горива (кЈ/г). Нове технике су сада доступне за мерење РХР при различитим топлотним токовима (нпр. конусни калориметар), а сада је могуће мерити РХР великих предмета, као што су тапацирани намештај и зидне облоге у великим калориметрима који користе потрошњу кисеоника мерења за одређивање брзине ослобађања топлоте (Бабраускас и Граисон 1992).

Треба напоменути да како пожар расте у величини, не само да се повећава брзина ослобађања топлоте, већ се повећава и стопа производње „производа ватре“. Они садрже токсичне и штетне врсте, као и честице дима, чији ће се приноси повећати када ватра која се развија у огради зграде постане недовољно вентилирана.

Паљење

Паљење течности или чврсте материје укључује подизање површинске температуре све док се паре не развијају брзином која је довољна да подржи пламен након што се паре запале. Течна горива се могу класификовати према њиховим жаришта, најнижа температура на којој постоји запаљива смеша пара/ваздух на површини (тј. притисак паре одговара доњој граници запаљивости). Они се могу мерити коришћењем стандардног апарата, а типични примери су дати у табели 2. Нешто виша температура је потребна да би се произвео довољан проток пара да би се одржао дифузиони пламен. Ово је познато као ватрена тачка. За запаљиве чврсте материје важе исти концепти, али су потребне више температуре јер је укључено хемијско разлагање. Тачка ватре је обично већа од 300 °Ц, у зависности од горива. Уопштено говорећи, материјали отпорни на ватру имају значајно веће тачке ватре (видети табелу 2).

Табела 2. Тачке паљења и жаришта течних и чврстих горива

 

Тачка паљења затворене чаше1 (° Ц)

Фирепоинт2 (° Ц)

Бензин (100 октана) (л)

-КСНУМКС

-

n-декан (л)

46

61.5

n-додекан (л)

74

103

полиметилметакрилат (и)

-

310

ФР полиметилметакрилат(и)

-

377

полипропилен (и)

-

330

ФР полипропилен (и)

-

397

полистирен (с)

-

367

ФР полистирен (с)

-

445

л = течност; с = чврста.
1 По Пенски-Мартенс апарату са затвореним чашама.
2 Течности: Цлевеланд опен цуп апарат. Солидс: Дрисдале анд Тхомсон (1994).
(Имајте на уму да се резултати за врсте отпорне на пламен односе на топлотни ток од 37 кВ/м2).

 

Лакоћа паљења чврстог материјала стога зависи од лакоће са којом се температура његове површине може подићи до тачке ватре, на пример, излагањем топлоти зрачења или протоку врућих гасова. Ово мање зависи од хемије процеса распадања него од дебљине и физичких својстава чврсте материје, тј. топлотна проводљивост (k), Густина (r) и топлотни капацитет (c). Танке чврсте материје, као што су струготине (и сви танки делови), могу се врло лако запалити јер имају ниску топлотну масу, односно потребно је релативно мало топлоте да би се температура подигла до тачке ватре. Међутим, када се топлота пренесе на површину густе чврсте материје, део ће се одвести са површине у тело чврсте материје, чиме се успорава пораст температуре површине. Теоријски се може показати да је брзина пораста површинске температуре одређена термичка инерција материјала, односно производа крц. Ово се потврђује у пракси, јер ће дебелим материјалима са високом топлотном инерцијом (нпр. храст, чврсти полиуретан) требати доста времена да се запале под датим топлотним флуксом, док ће у идентичним условима дебели материјали са малом топлотном инерцијом (нпр. изолациона плоча од влакана, полиуретанска пена) ће се брзо запалити (Дрисдале 1985).

Извори паљења

Паљење је шематски илустровано на слици 2 (пилотирано паљење). За успешно паљење, ан извор паљења мора бити способан не само да подигне температуру површине до тачке ватре или више, већ мора да изазове и паљење испарења. Ударни пламен ће деловати у оба капацитета, али наметнути радијациони флукс из удаљеног извора може довести до еволуције пара на температури изнад тачке ватре, а да се испарења не запале. Међутим, ако су еволуиране паре довољно вруће (што захтева да температура површине буде много виша од тачке ватре), оне се могу спонтано запалити док се мешају са ваздухом. Овај процес је познат као спонтано паљење.

Слика 2. Сценарио за пилотирано паљење.

ФИР010Ф2

Може се идентификовати велики број извора паљења, али једно им је заједничко, а то је да су резултат неког облика непажње или нечињења. Типична листа би укључивала отворени пламен, „материјал за пушаче“, фрикционо грејање, електричне уређаје (грејалице, пегле, шпорет, итд.) итд. Одлично истраживање може се наћи у Цоте (1991). Неки од њих су сажети у табели 3.

 


Табела 3. Извори паљења

 

 


Примери

 

Опрема на електрични погон

Електрични грејачи, фенови за косу, електрична ћебад итд.

Отворени извор пламена

Шибица, упаљач за цигарете, лампа за дување итд.

Опрема на гас

Гасна ватра, грејач простора, шпорет итд.

Остала опрема на гориво

Пећ на дрва итд.

Осветљени дувански производ

Цигара, лула итд.

Хот објецт

Вруће цеви, механичке варнице итд.

Излагање загревању

Суседна ватра итд.

Спонтано загревање

Крпе натопљене ланеним уљем, гомиле угља итд.

Хемијска реакција

Ретко, на пример, калијум перманганат са глицеролом

 


 

Треба напоменути да цигарете које тињају не могу директно покренути пламено сагоревање (чак и код уобичајених гасовитих горива), али могу изазвати тињајући у материјалима који имају склоност ка овој врсти сагоревања. Ово се примећује само код материјала који се угљенишу при загревању. Тињање укључује површинску оксидацију угљена, која ствара довољно топлоте на локалном нивоу за производњу свежег угљена из суседног неизгорелог горива. То је веома спор процес, али на крају може доћи до преласка у пламен. Након тога, пожар ће се развијати веома брзо.

Материјали који имају склоност да тињају такође могу да испоље феномен самозагревања (Бовес 1984). Ово настаје када се такав материјал складишти у великим количинама и на такав начин да топлота настала спором површинском оксидацијом не може да побегне, што доводи до пораста температуре унутар масе. Ако су услови исправни, то може довести до одбеглог процеса који се на крају развија у реакцију тињања у дубини материјала.

Ширио се пламен

Главна компонента у расту било ког пожара је брзина којом ће се пламен ширити преко суседних запаљивих површина. Ширење пламена се може моделовати као напредујући фронт паљења у коме предња ивица пламена делује као извор паљења за гориво које још не гори. Брзина ширења је делом одређена истим својствима материјала која контролишу лакоћу паљења, а делом интеракцијом између постојећег пламена и површине испред фронта. Вертикално ширење према горе је најбрже јер узгон осигурава да пламен тече нагоре, излажући површину изнад области запаљења директном преносу топлоте из пламена. Ово треба да буде у супротности са ширењем по хоризонталној површини када се пламен из области запаљења подиже вертикално, даље од површине. Заиста, уобичајено је искуство да је вертикално ширење најопасније (нпр. ширење пламена на завесе и завесе и на широку одећу као што су хаљине и спаваћице).

На брзину ширења утиче и наметнути топлотни ток зрачења. У развоју пожара у просторији, површина пожара ће расти брже под све већим нивоом радијације која се нагомилава како пожар напредује. Ово ће допринети убрзању раста пожара који је карактеристичан за прескок.

Теорија гашења пожара

Гашење и сузбијање пожара могу се испитати у смислу горњег оквира теорије пожара. Процеси сагоревања у гасној фази (тј. реакције пламена) су веома осетљиви на хемијске инхибиторе. Неки од успоривачи пламена који се користе за побољшање "пожарних својстава" материјала ослањају се на чињеницу да ће мале количине инхибитора који се ослобађају са парама горива потиснути стварање пламена. Присуство успоривача пламена не може да учини запаљиви материјал незапаљивим, али може отежати паљење — можда и потпуно спречити паљење под условом да је извор паљења мали. Међутим, ако материјал који успорава пламен буде укључен у постојећи пожар, он ће изгорети јер високи топлотни токови надјачају ефекат успоривача.

Гашење пожара може се постићи на више начина:

1. заустављање довода испарења горива

2. гашење пламена хемијским апаратима за гашење (инхибирање)

3. уклањање довода ваздуха (кисеоника) у ватру (угушење)

4. „издувавање“.

Контролисање протока испарења горива

Први метод, заустављање довода испарења горива, јасно је применљив на ватру гасног млаза у којој се довод горива може једноставно искључити. Међутим, то је такође најчешћи и најсигурнији метод гашења пожара који укључује кондензована горива. У случају пожара који укључује чврсту материју, ово захтева да се површина горива охлади испод тачке ватре, када проток испарења постане сувише мали да би издржао пламен. Ово се најефикасније постиже применом воде, било ручно или помоћу аутоматског система (прскалице, водени спреј, итд.). У принципу, течни пожари се не могу носити на овај начин: течна горива са ниском тачком ватре једноставно се не могу довољно охладити, док у случају горива са високом тачком ватре долази до снажног испаравања воде када дође у контакт са врућом течношћу на површина може довести до избацивања запаљеног горива из контејнера. Ово може имати веома озбиљне последице по оне који се боре са пожаром. (Постоје неки посебни случајеви у којима аутоматски систем за распршивање воде под високим притиском може бити дизајниран да се носи са овом другом врстом пожара, али то није уобичајено.)

Течни пожари се обично гасе употребом пене за гашење пожара (Цоте 1991). Ово се производи усисавањем концентрата пене у млаз воде који се затим усмерава на ватру кроз специјалну млазницу која омогућава ваздуху да се увуче у ток. Ово производи пену која лебди на врху течности, смањујући брзину довода испарења горива ефектом блокаде и штитећи површину од преноса топлоте из пламена. Пена се мора пажљиво нанети да би се формирао „сплав“ који се постепено повећава да би покрио површину течности. Пламен ће се смањивати како сплав расте, а истовремено ће се пена постепено распадати, ослобађајући воду која ће помоћи хлађењу површине. Механизам је у ствари сложен, иако је коначни резултат контрола протока пара.

На располагању је велики број концентрата пене, а важно је изабрати онај који је компатибилан са течностима које треба заштитити. Оригиналне „протеинске пене“ су развијене за течне пожаре угљоводоника, али се брзо распадају ако дођу у контакт са течним горивима која су растворљива у води. Развијен је низ „синтетичких пена“ за борбу против читавог спектра течних пожара који се могу појавити. Једна од њих, водена пена која формира филм (АФФФ), је пена за све намене која такође производи филм воде на површини течног горива, чиме се повећава његова ефикасност.

Гашење пламена

Ова метода користи хемијска средства за сузбијање пламена. Реакције које се дешавају у пламену укључују слободне радикале, високо реактивне врсте које имају само пролазно постојање, али се континуирано регенеришу процесом разгранатог ланца који одржава довољно високе концентрације да омогући да се целокупна реакција (нпр. реакција типа Р1) настави. брзим темпом. Хемијска средства за сузбијање примењена у довољним количинама ће изазвати драматичан пад концентрације ових радикала, ефикасно гасећи пламен. Најчешћи агенси који делују на овај начин су халони и суви прахови.

Халони реагују у пламену и стварају друге међуврсте са којима радикали пламена реагују првенствено. Релативно мале количине халона су потребне за гашење пожара, и из тог разлога су се традиционално сматрали веома пожељним; концентрације за гашење су „прозрачне“ (иако су производи који настају проласком кроз пламен штетни). Суви пудери делују на сличан начин, али под одређеним околностима су много ефикаснији. Фине честице се распршују у пламен и узрокују прекид радикалних ланаца. Важно је да су честице мале и бројне. То постижу произвођачи многих власничких марки сувих прахова одабиром праха који се „распада“, односно дели се на мање честице када су изложене високим температурама пламена.

За особу чија се одећа запалила, апарат за гашење сувим прахом је препознат као најбољи метод за сузбијање пламена и заштиту тог појединца. Брза интервенција даје брз "нокдаун", чиме се минимизира повреде. Међутим, пламен мора бити потпуно угашен јер честице брзо падају на тло и свако заостало пламен ће се брзо поново задржати. Слично томе, халони ће остати ефикасни само ако се одржавају локалне концентрације. Ако се примени напољу, пара халона се брзо распршује, а ватра ће се поново брзо поново успоставити ако постоји заостали пламен. Што је још важније, губитак супресора ће бити праћен поновним паљењем горива ако су површинске температуре довољно високе. Ни халони ни суви прахови немају значајан ефекат хлађења на површини горива.

Уклањање довода ваздуха

Следећи опис је превише поједностављен процес. Док ће „уклањање довода ваздуха“ сигурно довести до гашења пожара, за то је потребно само смањити концентрацију кисеоника испод критичног нивоа. Добро познати „тест индекса кисеоника“ класификује запаљиве материјале према минималној концентрацији кисеоника у мешавини кисеоника и азота која ће само подржати пламен. Многи уобичајени материјали ће сагорети при концентрацијама кисеоника до приближно 14% на температури околине (око 20°Ц) иу одсуству било каквог наметнутог преноса топлоте. Критична концентрација зависи од температуре и опада како се температура повећава. Дакле, ватра која гори већ неко време биће у стању да подржи пламен у концентрацијама можда чак и од 7%. Пожар у просторији може се држати под контролом и чак се може самоугасити ако је снабдевање кисеоником ограничено тако што су врата и прозори затворени. Запаљење може престати, али тињање ће се наставити при много нижим концентрацијама кисеоника. Улазак ваздуха отварањем врата или разбијањем прозора пре него што се просторија довољно охлади може довести до снажне ерупције ватре, познатог као бацкдраугхт, Или бацкдрафт.

„Уклањање ваздуха“ је тешко постићи. Међутим, атмосфера се може учинити „инертном“ потпуним плављењем помоћу гаса који не подржава сагоревање, као што су азот, угљен-диоксид или гасови из процеса сагоревања (нпр. бродски мотори) који имају мало кисеоника и високе у угљен-диоксиду. Ова техника се може користити само у затвореним просторима јер је потребно одржавати потребну концентрацију „инертног гаса“ све док се ватра не угаси у потпуности или док се не почне гашење. Тоталне поплаве имају посебне примене, као што су бродске складишта и збирке ретких књига у библиотекама. Потребне минималне концентрације инертних гасова приказане су у табели 4. Оне су засноване на претпоставци да је пожар откривен у раној фази и да се плављење врши пре него што се превише топлоте акумулира у простору.

Табела 4: Поређење концентрација различитих гасова потребних за инертирање

Агент

Минимална концентрација (% запремине)

Халон 1301

8.0

Халон 1211

8.1

Азот

Угљен диоксид

 

„Уклањање ваздуха“ се може извршити у непосредној близини мањег пожара локалном применом средства за сузбијање из апарата за гашење. Угљен-диоксид је једини гас који се користи на овај начин. Међутим, пошто се овај гас брзо распршује, неопходно је угасити сав пламен током напада на ватру; у супротном, пламен ће се поново успоставити. Поновно паљење је такође могуће јер угљен-диоксид има мали ефекат хлађења ако уопште има. Вреди напоменути да фини водени спреј увучен у пламен може изазвати изумирање као комбиновани резултат испаравања капљица (које хлади зону горења) и смањења концентрације кисеоника разблажењем воденом паром (које делује на исти начин као угљен-диоксид). Фини водени спрејеви и магле се разматрају као могућа замена за халоне.

Овде је прикладно напоменути да није препоручљиво гасити пламен гаса осим ако се проток гаса не може зауставити одмах након тога. У супротном, значајна количина запаљивог гаса се може накупити и касније запалити, са потенцијално озбиљним последицама.

Издувати

Овај метод је овде укључен ради потпуности. Пламен шибице се лако може угасити повећањем брзине ваздуха изнад критичне вредности у близини пламена. Механизам функционише тако што дестабилизује пламен у близини горива. У принципу, већи пожари се могу контролисати на исти начин, али су експлозивна пуњења обично потребна да би се створиле довољне брзине. Пожари нафтних бушотина могу се угасити на овај начин.

Коначно, заједничка карактеристика коју треба нагласити је да се лакоћа с којом се пожар може угасити брзо смањује како се ватра повећава. Рано откривање дозвољава изумирање са минималним количинама супресива, уз смањене губитке. Приликом избора система за сузбијање, треба узети у обзир потенцијалну брзину развоја пожара и врсту система детекције која је доступна.

Експлозије

Експлозију карактерише изненадно ослобађање енергије, стварајући ударни талас или талас експлозије, који може да изазове штету на даљину. Постоје два различита типа извора, а то су високоексплозивни и експлозивни. Високи експлозив је типичан једињења као што су тринитротолуен (ТНТ) и циклотриметилентринитрамин (РДКС). Ова једињења су веома егзотермне врсте, које се распадају и ослобађају значајне количине енергије. Иако су термички стабилне (иако су неке мање и захтевају десензибилизацију да би биле безбедне за руковање), могу се подстаћи да детонирају, уз распадање, ширећи се брзином звука кроз чврсту материју. Ако је количина ослобођене енергије довољно велика, талас експлозије ће се ширити из извора са потенцијалом да направи значајну штету на даљину.

Проценом оштећења на даљину, може се проценити величина експлозије у терминима „еквивалената ТНТ-а“ (обично у метричким тонама). Ова техника се ослања на велику количину података који су прикупљени о потенцијалу штете од ТНТ-а (већи део током рата), и користи емпиријске законе скалирања који су развијени из студија штете узроковане познатим количинама ТНТ-а.

У мирнодопским временима, високи експлозиви се користе у разним активностима, укључујући рударство, вађење камена и велике грађевинске радове. Њихово присуство на локацији представља посебну опасност која захтева посебно управљање. Међутим, други извор „експлозија“ може бити подједнако разоран, посебно ако опасност није препозната. Превисоки притисци који доводе до пуцања притиска могу бити резултат хемијских процеса унутар биљака или чисто физичких ефеката, као што ће се догодити ако се посуда загрева споља, што доводи до превеликог притиска. Термин БЛЕВЕ (експлозија паре која се шири у кључалој течности) има своје порекло овде, првобитно се односи на квар парних котлова. Сада се такође уобичајено користи за описивање догађаја у којима посуда под притиском која садржи течни гас као што је ТНГ (течни нафтни гас) престане у пожару, ослобађајући запаљиви садржај, који се затим запали да би произвео „ватрену куглу“.

С друге стране, прекомерни притисак може бити изазван интерно хемијским процесом. У процесним индустријама, самозагревање може довести до несталне реакције, стварајући високе температуре и притиске који могу да изазову експлозију притиска. Међутим, најчешћи тип експлозије је узрокован паљењем запаљиве мешавине гаса/ваздуха која је затворена унутар неке ставке у постројењу или заиста унутар било које затворене структуре или ограде. Предуслов је формирање запаљиве смеше, појава коју треба избећи добрим дизајном и управљањем. У случају случајног испуштања, запаљива атмосфера ће постојати свуда где се концентрација гаса (или паре) налази између доње и горње границе запаљивости (Табела 1). Ако се извор паљења уведе у један од ових региона, претходно помешани пламен ће се брзо ширити из извора, претварајући мешавину горива и ваздуха у продукте сагоревања на повишеној температури. Ово може бити чак 2,100 К, што указује да је у потпуно затвореном систему на почетку на 300 К могућ надпритисак до 7 бара. Само специјално пројектоване посуде под притиском могу да издрже такве надпритиске. Обичне зграде ће пасти осим ако нису заштићене панелима за смањење притиска или распрснутим дисковима или системом за сузбијање експлозије. Ако се запаљива смеша формира унутар зграде, накнадна експлозија може изазвати значајна оштећења конструкције – можда потпуно уништење – осим ако експлозија не може да изађе напоље кроз отворе (нпр. квар прозора) који су настали током раних фаза експлозије.

Експлозије овог типа су такође повезане са паљењем суспензија прашине у ваздуху (Палмер 1973). Они се сусрећу када постоји значајна акумулација „експлозивне“ прашине која се помера са полица, рогова и избочина унутар зграде да би се формирао облак, који је затим изложен извору паљења (нпр. у млиновима за брашно, елеваторима за жито итд. .). Прашина мора (очигледно) бити запаљива, али није сва запаљива прашина експлозивна на собној температури. Стандардни тестови су дизајнирани да утврде да ли је прашина експлозивна. Они се такође могу користити за илустрацију да експлозивна прашина показује „границе експлозивности“, сличне концепту као „границе запаљивости“ гасова и пара. Уопштено говорећи, експлозија прашине има потенцијал да направи велику штету јер почетни догађај може проузроковати избацивање више прашине, формирајући још већи облак прашине који ће се неизбежно запалити, да би произвео још већу експлозију.

Одзрачивање експлозије, Или ослобађање од експлозије, ће успешно функционисати само ако је брзина развоја експлозије релативно спора, као што је повезано са ширењем претходно мешаног пламена кроз стационарну запаљиву смешу или експлозивни облак прашине. Одзрачивање експлозије није од користи ако је укључена детонација. Разлог за то је тај што отвори за растерећење притиска морају бити створени у раној фази догађаја када је притисак још увек релативно низак. Ако дође до детонације, притисак расте пребрзо да би олакшање било ефикасно, а затворена посуда или предмет постројења доживљавају веома високе унутрашње притиске који ће довести до масовног уништења. Детонација запаљиве гасне мешавине може настати ако се смеша налази унутар дугачке цеви или канала. Под одређеним условима, ширење претходно мешаног пламена ће потиснути неизгорели гас испред фронта пламена брзином која ће повећати турбуленцију, што ће заузврат повећати брзину ширења. Ово обезбеђује повратну петљу која ће проузроковати убрзање пламена све док се не формира ударни талас. Ово, у комбинацији са процесом сагоревања, представља детонациони талас који се може ширити брзинама већим од 1,000 м/с. Ово се може упоредити са основна брзина сагоревања стехиометријске мешавине пропан/ваздух од 0.45 м/с. (Ово је брзина којом ће се пламен ширити кроз мирну (тј. нетурбулентну) мешавину пропан/ваздух.)

Не може се потценити значај турбуленције за развој ове врсте експлозије. Успешан рад система за заштиту од експлозије се ослања на рано одзрачивање или рано сузбијање. Ако је брзина развоја експлозије пребрза, онда систем заштите неће бити ефикасан и могу се створити неприхватљиви надпритисци.

Алтернатива ослобађању од експлозије је сузбијање експлозије. Ова врста заштите захтева да се експлозија открије у врло раној фази, што је ближе могуће паљењу. Детектор се користи за покретање брзог ослобађања средства за сузбијање на путању ширења пламена, ефикасно заустављајући експлозију пре него што се притисак повећа до мере у којој је угрожен интегритет ограђених граница. Халони су се обично користили у ове сврхе, али како се они постепено укидају, пажња се сада поклања употреби система за распршивање воде под високим притиском. Ова врста заштите је веома скупа и има ограничену примену јер се може користити само у релативно малим количинама унутар којих се супресор може брзо и равномерно дистрибуирати (нпр. канали који носе запаљиву пару или експлозивну прашину).

Анализа информација за заштиту од пожара

Уопштено говорећи, наука о пожару је тек недавно развијена до фазе у којој је способна да обезбеди базу знања на којој се могу заснивати рационалне одлуке у вези са инжењерским пројектовањем, укључујући питања безбедности. Традиционално, безбедност од пожара се развила на ад хок на основу, ефикасно реаговање на инциденте наметањем прописа или других ограничења како би се осигурало да се више неће поновити. Могло би се навести много примера. На пример, Велики пожар у Лондону 1666. довео је до успостављања првих грађевинских прописа (или кодекса) и развоја осигурања од пожара. Недавни инциденти, као што су пожари у високим пословним блоковима у Сао Паулу, у Бразилу, 1972. и 1974. године, покренули су промене у грађевинским прописима, уоквиреним на такав начин да спрече сличне пожаре са више смртних случајева у будућности. Други проблеми су решени на сличан начин. У Калифорнији у Сједињеним Државама, препозната је опасност повезана са одређеним врстама модерног тапацираног намештаја (посебно оних који садрже стандардну полиуретанску пену) и на крају су уведени строги прописи за контролу његове доступности.

Ово су једноставни случајеви у којима су посматрања последица пожара довела до наметања скупа правила намењених побољшању безбедности појединца и заједнице у случају пожара. Одлука за поступање по било ком питању мора бити оправдана на основу анализе наших сазнања о пожарним инцидентима. Неопходно је показати да је проблем стваран. У неким случајевима — као што су пожари у Сао Паулу — ова вежба је академска, али у другим, као што је „доказивање“ да је савремени намештај проблем, неопходно је осигурати да се повезани трошкови мудро троше. Ово захтева поуздану базу података о пожарним инцидентима која током низа година може да покаже трендове у броју пожара, броју погинулих, учесталости одређене врсте паљења, итд. Статистичке технике се затим могу користити да се испита да ли тренд, или промена, је значајан и предузете су одговарајуће мере.

У великом броју земаља, ватрогасна бригада је дужна да поднесе извештај о сваком пожару који је био присутан. У Уједињеном Краљевству и Сједињеним Државама, надлежни службеник попуњава образац извештаја који се затим подноси централној организацији (Управа унутрашњих послова у Уједињеном Краљевству, Национално удружење за заштиту од пожара, НФПА, у Сједињеним Државама) која затим шифрује и обрађује податке на прописан начин. Подаци су тада доступни на увид државним органима и другим заинтересованим странама. Ове базе података су од непроцењиве вредности за истицање (на пример) главних извора паљења и предмета који су први пут запаљени. Испитивање инциденције смртних случајева и њиховог односа са изворима паљења и сл. показало је да је број погинулих у пожарима изазваним пушачким материјалима значајно несразмеран броју пожара који настају на овај начин.

Поузданост ових база података зависи од вештине са којом ватрогасни службеници спроводе увиђај пожара. Истрага пожара није лак задатак и захтева знатну способност и знање — посебно познавање пожара. Ватрогасна служба у Уједињеном Краљевству има законску обавезу да поднесе образац извештаја о пожару за сваки пожар коме је присуствовао, што ставља значајну одговорност на надлежног службеника. Конструкција обрасца је кључна, јер мора довољно детаљно да прикупи потребне информације. „Образац за основни извештај о инциденту“ који препоручује НФПА приказан је у Приручник о заштити од пожара (Цоте 1991).

Подаци се могу користити на два начина, било да се идентификује проблем пожара или да се пружи рационални аргумент неопходан да се оправда одређени правац деловања који може захтевати јавне или приватне трошкове. Давно успостављена база података може се користити за приказ ефеката предузетих радњи. Следећих десет тачака је извучено из статистике НФПА у периоду од 1980. до 1989. (Цоте 1991.):

1. Кућни детектори дима се широко користе и веома ефикасни (али остају значајне празнине у стратегији детектора).

2. Аутоматске прскалице производе велике редукције у губитку живота и имовине. Повећана употреба преносиве опреме и опреме за грејање простора нагло је повећала пожаре у кућама које укључују опрему за грејање.

3. Запаљиви и сумњиви пожари су наставили да опадају у односу на врхунац 1970-их, али повезана имовинска штета је престала да опада.

4. Велики удео смртних случајева ватрогасаца приписује се срчаним ударима и активностима ван пожаришта.

5. Рурална подручја имају највећу смртност од пожара.

6. Материјали за пушење који запаљују тапацирани намештај, душеке или постељину производе најсмртоносније сценарије пожара у стамбеним зградама.

7. Стопе смртности од пожара у САД и Канади су међу највишима од свих развијених земаља.

8. Државе Старог Југа у Сједињеним Државама имају највећу стопу смртности од пожара.

9. Старије особе су у посебно високом ризику од смрти у пожару.

 

Такви закључци су, наравно, специфични за државу, иако постоје неки заједнички трендови. Пажљиво коришћење таквих података може обезбедити средства за формулисање здравих политика у вези са пожарном безбедношћу у заједници. Међутим, мора се имати на уму да су они неизбежно „реактивни“, а не „проактивни“. Проактивне мере се могу увести само након детаљне процене опасности од пожара. Такав начин деловања се уводи прогресивно, почевши од нуклеарне индустрије и преласка у хемијску, петрохемијску и офшор индустрију где се ризици много лакше дефинишу него у другим индустријама. Њихова примена на хотеле и јавне зграде генерално је много тежа и захтева примену техника моделирања пожара да би се предвидео ток пожара и како ће се производи пожара проширити кроз зграду и утицати на станаре. Велики напредак је направљен у овој врсти моделирања, иако се мора рећи да је дуг пут пре него што се ове технике могу користити са поуздањем. Инжењерству заштите од пожара је још увек потребна многа основна истраживања у науци о безбедности од пожара пре него што поуздани алати за процену опасности од пожара постану широко доступни.

 

Назад

Читати 10965 пута Последња измена у четвртак, 13. октобар 2011. у 21:13
Више у овој категорији: Извори опасности од пожара »

" ОДРИЦАЊЕ ОД ОДГОВОРНОСТИ: МОР не преузима одговорност за садржај представљен на овом веб порталу који је представљен на било ком другом језику осим енглеског, који је језик који се користи за почетну производњу и рецензију оригиналног садржаја. Одређене статистике нису ажуриране од продукција 4. издања Енциклопедије (1998).“

Садржај

Фире Референце

Амерички институт хемијских инжењера (АИЦхЕ). 1993. Смернице постројења за техничко управљање безбедношћу хемијских процеса. Њујорк: Центар за безбедност хемијских процеса.

Америчко друштво за заваривање (АВС). 1988. Препоручене безбедне праксе за припрему за заваривање и сечење контејнера који садрже опасне супстанце. Мајами: АВС.

Бабраускас, В и СЈ Граисон. 1992. Отпуштање топлоте у пожарима. Лајање: Елсевиер Сциенце.

Блие, П анд П Бацон. 1991. Пракса заштите од пожара у трговини и индустрији. Погл. 2, одељак 2 у Приручнику за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

Бовес, ПЦ. 1984. Самозагревање: Евалуација и контрола опасности. Лондон: Стационарна канцеларија Њеног Величанства.

Брадфорд, ВЈ. 1991. Опрема за хемијску обраду. Погл. 15, одељак 2 у Приручнику за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

Британски институт за стандарде (БСИ). 1992. Заштита конструкција од грома.

Британски стандардни кодекс праксе, БС6651. Лондон: БСИ.

Бугбее, П. 1978. Принципи заштите од пожара. Куинци, Масс.: НФПА.

Цоте, АЕ. 1991. Приручник за заштиту од пожара, 17. изд. Куинци, Масс.: НФПА.

Давис, НХ. 1991. Системи громобранске заштите. Погл. 32, одељак 2 у Приручнику за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

ДиНенно, ПЈ. 1988. Приручник за инжењерство заштите од пожара. Бостон: СФПЕ.

Дрисдале, ДД. 1985. Увод у динамику пожара. Цхицхестер: Вилеи.

Дрисдале, ДД и ХЕ Тхомсон. 1994. Четврти међународни симпозијум о науци о пожарној безбедности. Отава: ИАФСС.

Директива Европске комисије (ЕЦД). 1992. Прописи о управљању заштитом здравља и безбедношћу на раду.

Фацтори Мутуал Енгинееринг Цорпоратион (ФМ). 1977. Сечење и заваривање. Подаци о спречавању губитка 10-15, јун 1977.

—. 1984. Заштита од грома и пренапона за електричне системе. Подаци о спречавању губитка 5-11/14-19, август 1984.

Граттон, Ј. 1991. Образовање о пожарној безбедности. Погл. 2, одељак 1 у Приручнику за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

Хиггинс, ЈТ. 1991. Пракса одржавања домаћинства. Погл. 34, одељак 2 у Приручнику за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

Хрбачек, ЕМ. 1984. Постројења производа од глине. У приручнику о опасностима од индустријских пожара, приредио Ј Линвилле. Куинци, Масс.: НФПА.

Хунтер, К. 1991. Технологија издваја јапанску ватрогасну службу. Натл Фире Прев Аген Ј (септембар/октобар).

Јернберг, ЛЕ. 1993. Побољшање ризика у Шведској. Ватра Прев 257 (март).

Кеитх, Р. 1994. ФРЕМ-Метода процене ризика од пожара. Мелбурн: Р. Кеитх & Ассоц.

Коффел, ВЕ. 1993. Успостављање индустријских програма заштите од пожара. Натл Фире Прев Аген Ј (март/април).

Латаилле, ЈЈ. 1990. Дрвене пећи и пољопривредни дехидратори и сушаре. У приручнику о опасностима од индустријских пожара, приредио Ј Линвилле. Куинци, Масс.: НФПА.

Леес, ФП. 1980. Превенција губитака у процесним индустријама. Волс. 1, 2. Лондон: Буттервортхс.

Левис, РРЈ. 1979. Саксова опасна својства индустријских материјала. Њујорк: Ван Ностранд Рајнхолд.

Линвилле, Ј (ур.). 1990. Приручник о опасностима од индустријских пожара. Куинци, Масс.: НФПА.
Савет за превенцију губитака. 1992. Заштита од пожара на градилиштима. Лондон: Савет за превенцију губитака.

Манз, А. 1991. Заваривање и резање. Погл. 14, одељак 2 у Приручнику за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

Национално удружење за заштиту од пожара (НФПА). 1983. Приручник за едукаторе о пожарној безбедности: Свеобухватни водич за планирање, пројектовање и имплементацију програма заштите од пожара. ФСО-61. Куинци, Масс.: НФПА.

—. 1990а. Стандардни систем за идентификацију опасности од пожара материјала. НФПА бр. 704. Куинци, Масс.: НФПА.

—. 1992. Законик о заштити од пожара. НФПА бр.1. Куинци, Масс.: НФПА.

—. 1995а. Водич кроз стабло концепата противпожарне безбедности. НФПА бр. 550. Куинци, Масс.: НФПА.

—. 1995б. Стандард за уградњу система заштите осветљења. НФПА бр.780. Куинци, Масс.: НФПА.

Остерхоуст, Ц. 1990. Јавна ватрогасна едукација. ИФСТА бр. 606. Стиллватер, Окла.: Међународно удружење за обуку ватрогасних служби (ИФСТА).

Островски, Р. 1991. Гашење уља. Приручник за заштиту од пожара, 17. издање, приредио АЕ Цоте. Куинци, Масс.: НФПА.

Палмер, КН. 1973. Експлозија прашине и пожари. Лондон: Цхапман & Халл.

Симмонс, ЈМ. 1990. Опрема за топлотну обраду. У Приручнику о опасностима од индустријских пожара. Куинци, Масс.: НФПА.

Велцх, Ј. 1993. Променљиво лице ФПА обуке: Превенција пожара. Фире Прев (јул/август):261.

Велти, ЈР, РЕ Вилсон и ЦЕ Вицкс. 1976. Основи момента, преноса топлоте и масе. Њујорк: Џон Вили и синови.

Ваттс, КИ. 1990. Гашење уља. У приручнику о опасностима од индустријских пожара, приредио Ј Линвилле. Куинци, Масс.: НФПА.