Механізм припинення горіння методом розбавлення

Якщо при фіксованому співвідношенні вмісту горючої речовини і окислювача до їх суміші додавати інертні компоненти, то концентрації компонентів горючої суміші зменшаться. Це призведе до зниження швидкості реакції окислення в зоні горіння:

                              

Зниження швидкості хімічної реакції викликає, в свою чергу, зменшення інтенсивності тепловиділення, а, отже, і зниження температури в зоні реакції.

q_тв=V_см Q_нω_xp  

При деякій критичній концентрації розріджувача температура в зоні горіння може зменшитися до температури погасання, що призведе до припинення горіння. Ця суміш не займається навіть від потужного джерела запалювання. Так, наприклад, при гасінні водорозчинних рідин - кетонів, спиртів і ефірів - часто використовується метод їх розведення водою до негорючих концентрацій.

Однак, для пожежегасіння найчастіше використовуються газові інертні розріджувачі - діоксид вуглецю, азот, аргон, водяна пара, а також димові і вихлопні гази.

Якщо розріджувач знаходиться в газоподібному стані, то на протікання реакції горіння крім концентрації інертного газу великий вплив мають теплофізичні параметри газової суміші, такі як теплоємність і теплопровідність.

При введенні інертних газів крім зниження концентрації компонентів горючої суміші, відбуваються також втрата частини тепла, що виділяється, на нагрівання цих розріджувачів від початкової температури до температури зони горіння. Кількість енергії, витрачена на нагрів нейтральних газів, можна визначити як

Q_нагр=V_нг ρ_нг c_{p нг} (T_гор-T_o)   

Чим вище теплоємність С_р газів, що вводяться, тим більшу кількість тепла вони можуть “поглинути", а, отже, тим вище буде їх вогнегасна дія і меншу кількість негорючих газів необхідно вводити для гасіння.

Отже, при введені негорючих газів в зону горіння відбувається одночасно зменшення інтенсивності тепловиділення за рахунок зменшення швидкості хімічної реакції та збільшення інтенсивності тепловіддачі за рахунок нагріву введених газів. При певному розбавленні температура стає меншою Т_пог, а суміш стає негорючою.З огляду на те, що різні гази розріджувачі мають різну вогнегасну ефективність, потрібно вибирати найбільш ефективний і водночас дешевий склад. “Ідеальний” газ - флегматизатор повинний мати такі властивості:

1. Мати максимально можливу теплоємність С_р ;

2. Мати мінімальний коефіцієнт теплопровідності λ_t;

3. Мати густину у газоподібному стані приблизно рівну густині повітря.

Ефективними і екологічно безпечними засобами є багатоатомні гази, такі як С₂F₆, C₃F₈, оскільки багатоатомні гази мають високу теплоємність. Але вони є дорогими хімічними продуктами, крім того ці гази мають високу густину і при подачі в помешкання опускаються униз і погано підсмоктуються в зону горіння, що призводить до росту часу гасіння і збільшенню можливого збитку. А такі достатньо ефективні речовини як водяний пар і діоксид вуглецю можуть завдавати шкоди матеріалам і устаткуванню, що захищається.

З метою усунення цих хиб для цілей пожежегасіння використовують не індивідуальний розріджувач, а суміш інертних газів. Так для гасіння цінних архівів, музейних художніх експонатів використання водо-пінних або порошкових вогнегасних засобів не допустимо, а найбільш ефективний газоподібний діоксид вуглецю викликає незворотні зміни властивостей експонатів, тому для гасіння подібних пожеж пропонується використання суміші газів СО₂ 10%, N₂ 50%, Ar 40% (склад Inergen) або розроблений в нашому інституті склад Conar (СО₂ 50%, N₂ 40%, Ar 10%).

При гасінні пожеж методом розбавлення гази-розріджувачі можуть подаватися декількома способами. Можна виділити три способи подачі газів:

1. У повітряну зону - застосовується для припинення горіння в закритих технологічних апаратах і закритих помешканнях малих і середніх об’ємів. Газ розріджувач змішується з повітрям і конвекційними потоками доставляється в зону реакції горіння. Крім того, цей метод може використовуватися для запобігання вибухів в якості флегматизаторів.

2. У зону горіння - застосовується для гасіння речовин і матеріалів, що горять на відкритому просторі.

3. У горючу речовину - для зниження інтенсивності горіння речовини і зниження температури його горіння при підготуванні гасіння іншим методом або для запобігання запалення продукту, що надходить із технологічної установки.

До достоїнств газового пожежегасіння можна віднести:

¨     мінімальний збиток при впливі на матеріали, що захищаються, і обладнання,

¨     оперативність при використанні,

¨     можливість тривалої експлуатації в автоматичному режимі,

¨     знижені вимоги до профілактики при обслуговуванні.

¨     можна використати при гасінні пожеж класу В, С, Е, А2 і А1 в початковій стадії розвитку.

Особливо ефективне застосування інертних газів при захисті музейних цінностей, архівів, бібліотек, обчислювальних центрів і інших особливо важливих об'єктів, де найбільш пріоритетною задачею є максимально можливе збереження матеріальних цінностей.

Недоліки об'ємного гасіння інертними вогнегасними засобами:

¨     сумарна витрата газу становить приблизно двократний об'єм приміщення, тому використовується для приміщень з обмеженим об'ємом;

¨     для гасіння потрібна велика кількість балонів, отже, великі витрати на їх обслуговування (можуть застосовуватися скраплені гази);

¨     вогнегасна концентрація в 3-5 раз вище, ніж небезпечні для людей концентрації, тому необхідна сигналізація і витяжна вентиляція.

Не рекомендується застосовувати установки газового пожежегасіння при гасінні волокнистих, сипучих і пористих матеріалів, у яких можливе горіння всередині шару у вигляді тління; хімічних речовин, здатних окислюватися без доступу повітря; пірофорних матеріалів. Існують обмеження на застосування інертних розріджувачів при гасінні пожеж класу Д. Це пов'язано з температурним режимом горіння металів. Двоокис вуглецю не може бути використана при гасінні горючих металів, тому що вони можуть горіти в її атмосфері. Застосування азоту в цих цілях також обмежено, тому що при впливі з металами, наприклад, із магнієм, алюмінієм, літієм і іншими, можуть утворюватися їхній нітриди - речовини, спроможні розкладатися з вибухом.

Так азот, що при нормальних умовах поводиться як інертний, при підвищеній температурі вступає в реакцію з металом, створюючи нестійкі сполуки, які можуть розкладаються з вибухом – азиди, наприклад:

Pb + 3N₂ = Pb(N₃)₂.

ВИСНОВОК: Припинення горіння при розбавленні середовища інертними розріджувачами, які самі не беруть участь в протіканні екзотермічних процесів, пов'язане з дією декількох механізмів – втратами тепла із зони реакції на нагрівання цих розріджувачів і зниженням швидкості реакції і теплового ефекту за рахунок розбавлення. Вогнегасна здатність НГ визначається комплексним параметром с_р/λ.

Флегматизація горючих сумішей негорючими газами

Негорючі гази можуть використовуватися не тільки для припинення горіння, але і для запобігання виникнення горіння в замкнених об’ємах.

Запобігання утворення горючого середовища в газовому просторі за допомогою газів-розріджувачів називається флегматизацією.

Флегматизація дуже широко використовується при забезпеченні безаварійної роботи технологічного устаткування, а також при пуску та зупиненні апаратів, в яких може виникнути вибухонебезпечні концентрації горючих речовин.

Запобігання запалення і вибухів у виробничому устаткуванні з горючими газами, пилом і горючими рідинами засновано на створенні усередині апаратів або помешкань середовища, що не підтримує горіння.

Так готування каталітичного комплексу при синтезі каучуку захист апаратів проводиться заповненням пароповітряного простору азотом.

Вводячи інертні гази, можна горючі суміші переводити в негорючий стан. При введенні в газоповітряну суміш інертних газів-флегматизаторів область запалення зменшується - нижня межа зростає, а верхня знижується. При деякій критичній кількості флегматизатора верхня і нижня межі сходяться, створюючи точку флегматизації, яка відповідає мінімальній флегматизуючій концентрації.