2. Внутренние пожары.

Возникновение пламенного горения.

Зажигание горючих жидкостей.

Зажигание можно определить как такой процесс, с помощью кото­рого возникает быстрая экзотермическая реакция, распространяющаяся на материал, вызывая в нем изменения, приводящие к резкому повы­шению температуры относительно температуры окружающей среды. Так, зажигание стехиометрической пропано-воздушной смеси вызывает реакцию окисления. Эта реакция в виде пламени распространяется по смеси, превращая углеводородные соединения в диоксид углерода и водяной пар характерной температуры, заключенной в диапазоне 2000-2500 К. Удобно различать два характерных вида возникновения процесса горения, а именно: вынужденное зажигание, при котором воспламенение возникает в горючей паровоздушной смеси с помощью некоторого источника зажигания, такого, как электрическая искра или постороннее пламя; 2) самовоспламенение, при котором воспламене­ние развивается спонтанно внутри горючей смеси. Для достижения пла­менного горения жидких и твердых горючих веществ необходим внешний подвод тепла. Исключение составляет вынужденное зажигание воспламеняющихся жидкостей, температура воспламенения которых ниже температуры окружающей среды, таблица 2.5.

Таблица 2.5

Температуры вспышки и воспламенения жидких горючих

Горючая жидкость	Температура вспышки, полученная на установке закрытого типа, °С		Температура вспышки, полученная на установке открытого типа, °С	Температура воспламенения, °С
Бензин (100 октан)	-38	-		-
n-гексан	-22	-		-
Циклогексан	-20	-		-
n-октан	13	-		-
Изооктан	-12	-		-
n-декан	46	52		61,5
n-додекан	74	-		103
Метанол	11	1(13,5)		1(13,5)
Этакол	13	6(18)		6(18)
Пропакол	26	16,5(26)		16,5 (26)
n-бутанол	35	36(40)		36(40)
n-пентанол	41	-		57
n-ксилен	27	31		44

Жидкости с низкими температурами вспышки представляются пожароопасными при обычных температурах, так как их пары могут загореться от искры или от пламенного источника. Если такую паровоздушную смесь поместить в замкнутый сосуд, она может оказаться взрывоопасной, хотя возгорание может произойти лишь при условии, если температура жидкости превысит температуру само­воспламенения. Температура вспышки, полученная в закрытой установ­ке, всегда используется в качестве показателя пожароопасности, так как попускаемая при этом погрешность идет в сторону большей безопаснос­ти, если степень риска связана лишь с возможностью возникновения пожара. В Великобритании жидкости, температура вспышки которых ниже 32С и определена на установке закрытого типа, классифи­цируются как легковоспламеняющиеся, и обращение с ними регламен­тируется особыми правилами ("Правила обращения с легковоспламе­няющимися жидкостями и с сжиженными нефтяными газами", 1972). Жидкости с температурами вспышки, находящимися в диапазоне от 32 до 60С, относятся к воспламеняющимся жидкостям, а жидкости с температурой вспышки выше 60°С классифицируются как горючи.

На открытом воздухе громадные хранилища легковоспламеняющихся жидкостей могут вызвать образование воспламеняющейся паровоздушной смеси значительного объема, который может распространяться далеко за пределы границ хранилища. Введение в этот объем источ­ника зажигания приведет к тому, что пламя перекинется на хранилище, выжигая пары у зеркала жидкого горючего, первоначальная темпе­ратура которого была выше верхнего предела, - все это приведет к образованию сначала неустановившегося диффузионного пламени, а затем к установлению режима стационарного горения. При наличии ветра область воспламенения будет расширяться в подветренную сторо­ну хранилища. Распределение пламени будет зависеть от давления жид­кости, скорости ветра и степени турбулентности атмосферы.

Жидкость с высокой температурой вспышки можно поджечь лишь при условии, если ее нагреть выше температуры воспламенения. При стандартных испытаниях, регламентируемых документом [262], масса жидкости подвергается равномерному прогреву, хотя для установления режима стационарного горения достаточно было подвергнуть нагреву лишь поверхностные слои жидкости. Можно, конечно, достигнуть этого путем воздействия тепловым потоком на зеркале жидкости (например, хранилище жидкого горючего подвергается лучистому воздействию возникшего поблизости пожара), но чаще всего приходится сталкиваться с локальным тепловым воздействием. Примером такого воздействия может быть удар пламени по зеркалу жидкого горючего в хранилище и близкое к зеркалу воспламенение. Распространение пламени до пол­ного охвата зеркала занимает некоторое время, так как тепло быстро рассеивается от области непосредственного теплового воздействия пу­тем конвекции.

Зажигание твердых горючих материалов.

Понятия "температура вспышки" и "температура воспламенения" можно отнести и к твердым веществам при условии нагрева их поверхности, но эти понятия нельзя ввести исходя из средней температуры массы вещества. Образование горючих летучих продуктов включа­ет процесс химического разложения твердого вещества, который носит необратимый характер. В данной ситуации нечего поставить в соответствие понятию равновесного давления паров, которое используется для подсчета температуры вспышки жидкого горючего вещества. Можно предположить, что температуру воспламенения твердого вещества определяют на основе знания температуры поверхности. Если тепловой поток является непрерывным, то условие, соответствующее температуре воспламенения, можно охарактеризовать минимумом температуры поверхности, при которой исходящий с этой по­верхности поток летучих продуктов будет достаточным для поддержания пламенного горения на поверхности. Можно выделить ряд факторов, которые, по-видимому, существенны для достижения температуры воспламенения. К этим факторам можно отнести эффекты, связанные с химической реакцией, проходящей на поверхности и под ней. Сюда же можно отнести и движение летучих продуктов сквозь поверхностные слои. Тем не менее влияние указанных факторов можно отнести ко вторичным эффектам, что позволяет выделить подлежащие изучению основные моменты, влияющие на процесс зажигания твердых веществ. Большинство теоретических и экспериментальных исследований концентрировались на зажигании, индуцированном лучистым тепловым потоком. Первоначальным стимулом для проведения этих исследований было понимание того, что уровни теплового излучения при ядерном взрыве могут оказаться достаточными для зажигания горючих материалов на больших расстояниях от центра взрыва. Однако совсем недавно стало очевидным, что излучение играет фундаментальную роль в развитии и распространении пожара во многих случаях, таких как пожары открытых очагов (штабелей, сложенных из бревен или брусьев и т.д.) и помещений. Существенным является процесс зажигания излучением, хотя нельзя при этом игнорировать и зажигание при конвективном теплообмене.

Самовозгорание твердых горючих материалов.

Может случиться так, что при отсутствии источника зажигания ле­тучие продукты, исходящие из поверхности горючих твердых веществ, загорятся спонтанно. Это может произойти при условии, если смесь воздуха с летучими продуктами в какой-либо зоне восходящей струи приобретет достаточно высокую температуру . При этом потребуется более мощный тепловой поток, чем это бывает при вынужденном зажигании, потому что для этого необходимо более высокая температура поверхности. Некоторые данные, связанные с этим явлением приведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Форма теплообмена	Температура поверхности древесины, С, при зажигании	Температура поверхности древесины, С, при самовоспламенении
Лучистый	600	340 - 410
Конвективный	490	450

Механизм самовозгорания был уже рассмотрен, но при лучистом тепловом потоке существует возможность того, что поглощение излучения летучими продуктами распада может инициировать начало химической реакции. Известно, что летучих продукты могут довольно существенно усилить излучение, достигающее поверхности. Летучие продукты могут быть зажжены путем интенсивного облучения лазером, но насколько существенно влияние этого фактора в обстановке реального пожара еще неизвестно.

В работе [206] сделано интересное наблюдение по температурам на поверхности, которые необходимы для вынужденного зажигания и воспламенения древесины при лучистом и конвективном нагреве. Полученные результаты легко можно объяснить, если вспомнить, что вынужденный конвективный поток снижает концентрацию летучих продуктов, а следовательно, требует более высокой температуры поверхности для образования сме­си, которая будет обладать температурой выше нижнего предела воспла­менения при наличии источника зажигания. С одной стороны, для того чтобы произошло самовозгорание в результате лучистого теплообмена, летучие продукты, исходящие из поверхности, должны обладать доста­точно высокой температурой для образования горючей смеси, которая в свою очередь имела бы температуру выше температуры самовозгорания, когда она перемешивается с ненагретым воздухом. А, с другой стороны, при конвективном нагреве воздух уже обладает высокой температурой, и летучие продукты не нуждаются в более высокой температуре.