Висновок з питання 1

Загасити пожежу означає припинити в даному місці горіння. Припинити горіння можна, вилучивши одну з трьох складових процесу горіння: горючий матеріал, окисник або джерело запалювання. Практично для припинення горіння повне вилучення будь-якої з трьох складових можна замінити зниженням до певного значення параметрів, пов’язаних із цими складовими.

2. Граничні умови існування горіння

Щоб загасити пожежу, треба знизити до певного значення основні параметри горіння. Які ж параметри можна віднести до основних?

Перший з них – концентраційні межі поширення полум’я. При зниженні до певного значення вмісту горючої компоненти або окисника, тобто при виході за межі НКМПП або ВКМПП, енергія, яка необхідна для підпалювання такої суміші, стає нескінченно великою і спалахування стає неможливим.

При концентрації горючого матеріалу, нижчій за НКМПП або вищій за ВКМПП, полум’я не поширюється. У першому випадку бракує горючого матеріалу, у другому – кисню. При концентрації кисню в повітрі, меншій за 10-15%, суміш вуглеводнів із таким повітрям горіти не буде. На принципі зниження концентрації кисню і горючого матеріалу в повітрі заснована дія флегматизаторів, які розводять горючу суміш. Об’ємна концентрація флегматизаторів, достатня, щоб зробити повітря таким, що не підтримує горіння, складає 25-30% для вуглекислого газу, 30-35% – для водяної пари, 35-40% – для гелію та азоту, 50-55% – для аргону.

Межі горіння за тиском мають практично той самий зміст, що й межі горіння за концентраціями. Є й деяка відмінність: тиск діє на концентрацію обох компонентів горючої суміші, тому верхньої межі затухання за тиском не існує, тільки нижня. Вже при залишковому тиску в 0,5 атм (тобто при розрідженні у 0,5 атм) інтенсивність горіння суміші вуглеводнів із повітрям знижується настільки, що по суміші повітря з деякими з вуглеводнів полум’я не поширюється. А при залишковому тиску в 0,1 атм (розрідження у 0,9 атм) більшість сумішей вуглеводнів із повітрям і підпалити не вдається.

Критична енергія запалювання залежить у першу чергу від природи горючого матеріалу. Спалахування стехіометричних сумішей вуглеводнів із повітрям можливе при Е_кр.  0,1 мДж, а сумішей водню з повітрям – при Е_кр.  0,01 мДж.

Якщо потужність зовнішнього джерела запалювання менша, ніж критична енергія запалювання, спалахування не відбудеться. Це стосується і запалювання при поширенні полум’я. Факел полум’я здебільшого має потужність, набагато вищу, ніж іскра, але й тут можливий випадок, коли співвідношення концентрацій горючого газу й окисника вимагає настільки великих енергій запалювання, що суміш не підпалюється навіть факелом.

Швидкість поширення полум’я і швидкість вигоряння матеріалу верхніх граничних меж не мають. Чим більші ці швидкості, тим вірогідніше поширення по цій суміші полум’я. Нижня межа лінійної швидкості поширення полум’я по газоповітряних сумішах складає 0,02-0,04 м/с. Нижня межа масової швидкості вигоряння практично однакова для рідких і для твердих матеріалів і складає 0,003-0,005 кг/м²с. При менших швидкостях лінійного поширення полум’я або швидкостях вигоряння поширення полум’я стає неможливим, і полум’я згасає. Залежать ці показники, як і інші, в першу чергу від природи горючої речовини та умов горіння.

Важливими граничними параметрами є теплота згоряння і температура горіння. Як і в інших подібних випадках, верхньої межі по відношенню до поширення полум’я ці параметри не мають. Чим вони більші, тим з більшою швидкістю поширюється полум’я. Нижче ж значення для теплоти горіння складає приблизно 1830 кДж/м³ горючої газоподібної суміші. Тобто, якщо при згорянні 1 м³ якоїсь горючої суміші виділяється менше, ніж 1830 кДж тепла, горіння по такій суміші поширюватися не буде. Нижче значення для температури горіння складає приблизно 1000^оС, або 1300 К.

Усі фактори і параметри пожежі пов’язані між собою. Чим менша питома теплота згоряння, тим більша критична енергія запалювання. Чим дальша концентрація горючої речовини від стехіометричної, тим меншими будуть і швидкість поширення полум’я, і швидкість вигоряння, і температура горіння. Ці зв’язки можна відобразити математично.

Так, зв’язок нижньої межі температури горіння з нижньою межею теплоти згоряння взагалі дуже прямий і може бути обчислений, наприклад, для значення 1830 кДж/м³, тобто мінімального для поширення полум’я значення теплоти згоряння. Вважаючи, що ця теплота йде на нагрів продуктів згоряння, можна приблизно визначити температуру цих продуктів.

СН₄ + 2(О₂ + 3,76N₂) = CO₂ + 2H₂O + 7,52N₂

При горінні в повітрі метану 1 кг-моль його, з’єднуючись із двома кг-молями кисню у присутності 7,52 кг-моля азоту, дає 1 кг-моль вуглекислого газу, 2 кг-молі води і 7,52 кг-молів азоту. Отже, з 10,52 кг-молів вихідної суміші утворюється 10,52 кг-молів продуктів згоряння. З урахуванням закону Авогадро, це означає, що при приведенні до нормальних умов 1 м³ горючої суміші дає 1 м³ продуктів згоряння. Із похибкою, що не перевищує 5-6%, подібне співвідношення може бути прийнятим і для інших газоподібних вуглеводнів (етан, етилен, ацетилен та ін.).

Найоб’ємнішою складовою частиною вихідної суміші і продуктів горіння (70%) є азот. Середня теплоємність газових сумішей вуглеводнів або вуглекислоти і води з такою кількістю азоту дорівнює 1,45 кДж/м³град. Тепловміст газу – це добуток його об’єму, теплоємності і температури: q = c_pTV. Температуру можна знайти як частку від ділення тепловмісту на об’єм (1 м³) і теплоємність: