Процес горіння та причини виникнення пожеж

2

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Процес горіння та причини

виникнення пожеж

                                                                                        Реферат

                                                                                        студентки 41 групи

                                                                                        соціально-психологічного

                                                                                        факультету

                                                                                        Давидюк Ірини Віталіївни

Житомир - 2010

План

Вступ

1. Загальні теоретичні відомості про пожежі.

2. Процес горіння.

3. Причини виникнення пожеж.

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Різноманітні процеси горіння широко застосовуються для задоволення різноманітних потреб людини. На горінні побудовані основні технології нашої цивілізації: отримання енергії, робота двигунів внутрішнього згоряння, виробництво металів тощо.

Зрозуміло, що далеко не кожний випадок горіння є пожежею, але практично будь-яке горіння може призвести до пожежі. Наприклад,  коли на газовій плиті, встановленій на кухні, кипить вода в чайнику, – це контрольований (із допомогою крана та людини) процес горіння в межах спеціального вогнища (конфорки на плиті). Але коли хтось необачно залишив на сусідній із чайником каструлі рушник, яким знімав гарячу накривку, й цей рушник зайнявся, це вже можна вважати початком пожежі: процес вийшов за межі відведеного йому місця, став безконтрольним і поширюється в часі та просторі.

Пожежа на підприємствах пpедставляє серйозну небезпеку та вважається важливою причиною нещасних випадкiв, пpичиняє величезний матеріальний збиток.

Для кращого розуміння умов утворення горючого середовища, джерел запалювання, оцінки та попередження вибухопожежо-небезпеки, а також вибору ефективних заходів і засобів систем пожежної безпеки, треба мати уявлення про природу процесу горіння, його форми та види.

1.      Загальні теоретичні відомості про пожежі

Становлення протипожежної справи в Україні припадає на 30-40 роки ХІХ ст., коли в м. Києві було засновано постійний штат пожежної частини поліції і створено пожежну охорону.

Першу професійну пожежну команду було створено в 1840 р. в м. Львові, її освятили під гаслом: «Богу хвала, народу слава, близьким на захист». У складі пожежної частини були брандмейстер і його учень. Усі частини об’єднувалися у пожежну команду, на чолі якої стояв брандмайор, підпорядковувалися вони поліції. Озброєність пожежних частин на той час перебувала на вкрай низькому рівні, але привертала увагу розкішна збруя, що сяяла прикрасами для дорогих коней рідкісної масті. Пожежників одягали в пишні мундири й блискучі мідні каски з вигадливими гребінцями.

Основним вогнегасним засобом була вода. У 1762р. вийшов державний указ, де вимагалося: «Щоб у кожному домі колодязі в придатному стані й достатньої глибини та надлишками води були. А якщо хто з тутешніх обивателів, якого звання не був, у двох недільний строк колодязя біля дому не зробив, той має у наказаніє дєнєжний штраф понести».

Суворий порядок вимагав влітку у дворах мати не менше 2-3 діжок з водою, а у випадку пожежі на даху кожної домівки мала стояти людина готова заливати вогонь водою.

Основним засобом гасіння пожеж були заливні труби. Таку трубу обслуговувало близько 50 осіб. Понад 300 років пожежний насос ручної дії був основним інструментом для гасіння пожеж в Україні.ьПерші пожежні гідранти в м. Києві були облаштовані в 1870 році.

Нині протягом однієї доби в Україні виникає біля 110-120 пожеж, на яких гине 5-7 осіб, а 5-6 отримують травмування. Щотижня за даними статистики в Україні пожежами руйнується 600-700 житлових будівель.

На ліквідацію пожеж витрачаються колосальні кошти. Загальні витрати включають економічні, соціальні та екологічні наслідки. На ліквідацію пожеж у світі щорічно витрачається близько 300 млн. м3 води. 

Кожна пожежа має негативні наслідки як для людей, що постраждали так і для суспільства в цілому. Наслідки пожеж визначаються за результатами аналізу сукупності прямих і побічних збитків.

Прямі збитки – це знищення або пошкодження вогнем, водою, димом і високою температурою основних фондів та іншого майна, якщо вони мають прямий причинний зв'язок з пожежею. Побічні збитки – це витрати на ліквідацію пожежі, це простій виробництва за період його відновлення і т. ін.

Світова статистика свідчить, що в середньому на одного загиблого припадає 25-30 травмованих з опіками різного ступеню, які вимагають тривалого і дорогого лікування (біля 2 % від загальних збитків).

З точки зору наведених фактів актуальним стає для держави і суспільства забезпечення ефективного протипожежного захисту для населення, основних фондів та матеріальних цінностей.

Вогонь, що вийшов з-під контролю, здатний створити осередок пожежі.

Пожежа – це процес неконтрольованого горіння поза спеціальним вогнищем, що розвивається в часі і просторі і є небезпечним для людей, матеріальних цінностей та навколишнього середовища.

Небезпечними фактоpами пpи пожежі є:

    - відкритий вогонь та іскpи;

    - пiдвищена темпеpатуpа повiтря, предметів i т.д.;

    - дим;

    - обвал та ушкодження будинкiв, споруд;

    - вибухи.

Тривалість пожежі залежить від характеру горючої речовини і величини пожежного навантаження, тобто маси горючих матеріалів на одиницю площі.

Початок пожежі можна уявити собі так: якщо в холодну горючу речовину ввести тепловий імпульс, вона розігрівається і внаслідок окислення киснем починає виділяти тепло, яке розігріває сусідні шари, в яких також починається хімічна реакція. Швидкість пошарового розігрівання створює ланцюгову реакцію і визначає інтенсивність пожежі, що є її найважливішою характеристикою.

Зону, у якій підігрівається горюча речовина й протікає хімічна реакція називають фронтом пожежі. Процес пошарового (ланцюгового) розігрівання, окислення й згорання триває доти, поки не вигорить весь об’єм горючої речовини.

Простір у якому розвивається пожежа, умовно поділяють на три зони:

І – Зона теплової дії – це простір, де проходить процес теплообміну між поверхнею полум’я та горючою речовиною;

ІІ – Зона горіння – це частина простору, де відбувається процес термічного розкладання або випаровування горючої речовини;

ІІІ – Зона задимлення – це частина простору, що межує з зоною горіння, заповненого димовими газами, що становлять загрозу для життя і здоров‘я людей.

Найбільш загальною властивістю пожежі є здатність вогнища пересуватися шляхом передавання теплоти від зони горіння в суміжні зони.

Процес неконтрольованого горіння супроводжується появою у навколишньому середовищі значної кількості токсичних речовин, небезпечних та шкідливих для організму людини, що знаходяться в зоні його впливу.

Тяжкість впливу негативних та шкідливих чинників, пов’язаних з пожежами, зумовлена зростанням енергонасиченості виробництв, збільшенням щільності інженерних комунікацій, підвищенням рівня температур та тиску в технологічному устаткуванні, що збільшує масштабність пожеж та тяжкість їх наслідків.

Причиною зростання жертв на пожежах стає те, що технічні можливості державної пожежно-рятувальної служби значно відстають від сучасних вимог щодо засобів пожежогасіння та рятування людей.

Небезпекою для організму людини в умовах пожежі є:

     відкрите полум’я – температура пожежі становить 1100-1300°С. Тривалість часу, протягом якого людина може переносити критичні температури становить 10-15 с.;

     наявність токсичних продуктів горіння – за токсичністю продуктів горіння полімерні матеріали поділяються на надзвичайно небезпечні; високо небезпечні; помірно небезпечні і мало небезпечні;

     оксид вуглецю – спричиняє найбільшу кількість жертв через те, що червоні кров’яні тільця втрачають здатність забезпечувати організм людини киснем через створення карбоксігемоглобіну;

     дим – втрата видимості через задимлення, створює загрозу для евакуації людей, особливо якщо матеріали мають високу димоутворюючу здатність (є ще мале і помірне димоутворення);

     низька концентрація кисню – небезпечним під час пожежі є концентрація кисню до 14-16%. При 10-12% смерть настає протягом кількох хвилин;

     нагріте повітря – вдихання розігрітого до 60°С повітря призводить до некрозу верхніх дихальних шляхів та опіків легеневої тканини. Вдихання нагрітого під час пожежі повітря понад 100°С призводить до втрати свідомості, а відтак загибелі вже через декілька хвилин;

     руйнування будівельних конструкцій, які в умовах пожежі втрачають вогнестійкість і міцність, що призводить до травмування і навіть загибелі людей.

Аналіз можливих небезпечних і шкідливих чинників в умовах пожежі допоможе розробити структуру заходів щодо забезпечення ефективного функціонування системи пожежної безпеки для кожного конкретного виробничого об’єкту.

2.      Процес горіння

В основi явищ, що відбуваються пpи пожежі лежить горіння - швидко протікаюча хiмiчна pеакція окислення, що супроводжується iнтенсивним виділенням теплоти та світла. Це з'єднання кисню чи іншого окислювача з горючою речовиною.

Першим в історії правильно визначив явище горіння як процес з'єднання речовин із киснем видатний французький хімік Антуан-Лоран Лавуазьє (1743 - 1794).

Лавуазьє довів, що вуглекислий газ (діоксид вуглецю) - це з'єднання кисню з "вугіллям" (вуглецем), а вода - з'єднання кисню з воднем. Він на досліді показав, що під час дихання поглинається кисень та утворюється вуглекислий газ, тобто процес дихання є подібним до процесу горіння.

Горіння виникає за одночасної наявності трьох основних складових (рис.1).

Рисунок 1. Умови виникнення горіння ("трикутник вогню")

На цьому "трикутнику вогню" заснована низка спеціальних заходів щодо запобігання пожежам і ґрунтуються способи ліквідації горіння. Якщо вилучити будь-яку з наведених вище умов виникнення горіння, воно стане неможливим, а якщо вже відбувається, то припиниться.

Джерело займання - це теплова енергія, що призводить до виникнення горіння. Це джерело мусить мати певний запас енергії та достатню температуру.

Паливом може бути будь-який горючий матеріал - тіло, рідина або газ. Більшість тіл і рідин стають парою чи газом ще до того, як вони починають горіти, тобто в процесі підготовки до горіння.

Подивіться на полум'я свічки. Ми бачимо, що безпосередньо коло гнота полум'я немає. Це тому, що там багато газів, а отже - недостатньо кисню. Коли гази поширюються навколо ґнота, вони змішуються з киснем і займаються. Виникає полуменеве горіння.

Горюча речовина (паливо) та окислювач мають перебувати в певному співвідношенні одне з одним. Зазвичай окислювач - це кисень повітря, вміст якого в атмосфері, що нас оточує, становить близько 21%. Горючі речовини разом з окислювачем утворюють горючу систему горючу суміш або горюче середовище).

Горіння становить необоротний процес, тому що з продуктів горіння та термічного розкладу неможливо поновити речовину, яка згоріла.

Здатність матеріалу витримувати без руйнування вплив високих температур і відкритого полум'я називається горючістю. За горючістю всі матеріали поділяються на негорючі та горючі.

До негорючих належать так звані "мінеральні" матеріали: природне каміння, метали, бетон, скло, кераміка. Горючі - це матеріали на основі органічних, рослинних компонентів. До них належать матеріали з волокон деревини, синтетичні матеріали, нафтопродукти, пластмаси.

Деякі органічні матеріали під впливом вогню не горять відкритим полум'ям, але спікаються, плавляться, виділяючи при цьому їдкий небезпечний дим.

Коли тверда речовина зазнає впливу полум'я, її температура підвищується, що може спричинити пожежу. Ймовірність виникнення пожежі залежить від таких факторів:

     характеру твердої речовини, яка може бути горючою або негорючою;

     маси твердої речовини - невелика кількість матеріалу не здатна виділити достатню кількість теплової енергії для поширення пожежі;

     стану твердої речовини - легко запалити за допомогою сірника деревну стружку або окремі аркуші паперу, оскільки в цих матеріалів більша площа поверхні, відкритої для доступу повітря, а отже, висока швидкість окиснення, тоді як для займання колоди або щільного стосу паперу потрібне потужніше джерело займання;

     способу, в який запалюється тверда горюча речовина - якщо предмет із цієї речовини розміщений над вогнем вертикально, він загориться швидше, ніж у разі горизонтального розміщення.

Не завжди для виникнення горіння необхідно, щоб горючі речовини вступали в безпосередній контакт із полум'ям або дуже нагрітими матеріалами. Всі джерела тепла випромінюють видимі та інфрачервоні промені, тобто електромагнітні хвилі. Коли ці хвилі зустрічають перешкоду (в нашому випадку - горючу речовину), вони передають йому свою енергію, яка перетворюється на тепло. Таким чином, тіло, що опромінюється, нагрівається й за недостатнього охолодження може загорітися. Для прикладу, дрова, складені на невеликій відстані од печі, яка топиться протягом тривалого часу, можуть зайнятися та спричинити пожежу. Нагрітий до високої температури матеріал (наприклад, розжарений до червоного метал) може спричинити загоряння в разі стикання з горючим твердим тілом.

Тління (жевріння) визначається як процес безполуменевого горіння твердого матеріалу (речовини), який виникає за умови недостатнього припливу до матеріалу, що горить, кисню й тепла, та часто супроводжується виділенням диму.

Пожежі, що розвиваються в режимі тління, пов'язані з низкою проблем. До них належать: складність виявлення на початковій стадії, прогрівання поверхонь, що огороджують осередок тління; перехід до полуменевого горіння; труднощі гасіння заглиблених осередків пожежі; висока ймовірність повторних загорянь тліючих осередків.

Форма осередку тління близька до сферичної. Швидкість поширення тління здебільшого однакова в усіх напрямках.

Горять не тільки тверді матеріали та речовини, а й горючі гази, пил та рідини. Рідини, що горять, поділяються на горючі та легкозаймисті.

Внаслідок випаровування над поверхнею рідини утворюється паровий потік, змішування та хімічна взаємодія якого з киснем повітря забезпечують формування зони горіння, тобто тонкого шару світних газів. До цього шару з поверхні рідини надходить горюча пара, а з повітря - кисень. Розміри й форма полум'я рідин суттєво залежать від діаметра резервуара, в якому відбувається горіння. Зі збільшенням діаметра резервуара висота полум'я збільшується.

Ціла низка матеріалів, особливо волокнистих, мають здатність довільно загорятися за браку зовнішнього джерела займання, тобто можуть самозайматися. Горіння може виникнути в купі твердого мінерального палива або органічного матеріалу, якщо відбувається циркуляція повітря, достатня для сприяння окислюванню, але недостатня для відведення тепла, яке виділяється.

Залежно від причини самозаймання розрізняють три його види: теплове, хімічне та мікробіологічне.

Теплове самозаймання виникає в масі матеріалів під час їх помірного нагрівання ззовні. До типових прикладів теплового самозаймання належать випадки самозаймання теплової ізоляції опалювальних комунікацій та теплообмінних апаратів, яка виконана з мінераловатних плит, тирси тощо.

До хімічного самозаймання належать займання, зумовлені екзотермічною взаємодією речовин. Наприклад, самозаймання може виникнути в разі розливання концентрованої азотної кислоти на деревні стружки або тирсу.

Широко відомі випадки самозаймання промащених матеріалів. Більшість мастил, особливо рослинних, легко окислюються. Кількість вивільнюваного тепла визначається площею поверхні, відкритої для доступу повітря. Вона відносно невелика у просто розлитого мастила. Якщо розлите мастило збирається обтиральним ганчір'ям або тирсою, площа поверхні суттєво збільшується, а тепловиділення при цьому зростає, оскільки промащені матеріали є поганими провідниками тепла. Тепло акумулюється, й виникає самозаймання.

До класу самозаймистих у хімічний спосіб матеріалів належать і так звані "пірофорні" речовини, що загоряються під час контакту з повітрям, наприклад, тонко подрібнений алюміній, тетрагідрид кремнію, сульфід заліза, деякі металоорганічні з'єднання тощо.

Мікробіологічним називають самозаймання матеріалів, які є живильним середовищем для так званих "термофільних" мікроорганізмів, що виділяють теплову енергію в процесі своєї життєдіяльності. За таким механізмом відбувається самозаймання сіна, торфу, інших органічних матеріалів.

Пpоцес виникнення горіння ділиться на декiлька видів: спалах, самозагоряння, самоспалах, вибух та детонація.

Спалах - швидке згоряння горючої сумiшi, що не супроводжується створенням стислих газiв. Займання - загорання, що супроводжується появою полум’я (загорання - виникнення горіння пpи дiї джерела запалювання). Самозагоряння - загорання речовин пpи вiдсутностi джерела запалювання.

Самозагоряння може бути тепловим - пpи впливу зовнiшнього нагpіву речовини, мікpобіологічним - за рахунок самонагрівання пiд впливом життєдiяльностi мікpооpганізмів у речовинi (тоpф, вугiлля, тиpса i т.iн.) та хiмiчним - у наслідку хiмiчного впливу різних речовин. Самоспалах - це самозагоряння, що супроводжується появою полум’я. У виробничих умовах можуть самозайматися: дерев’яна стружка, промаслена вітош. Вибух - це швидке хiмiчне перетворення речовини (вибухове горіння), що супроводжується видiленням енергії та утворенням стислих газiв. Детонація - пеpедача теплоти вiд шару до шару завдяки розповсюдження удаpної хвилi.

Для повного згоряння необхідна присутність достатньої кількості кисню, щоб забезпечити повне перетворення речовини в його насичені оксиди. За недостатньої кількості повітря окислюється тільки частина горючої речовини. Залишок розкладається з виділенням великої кількості диму. В цих умовах також утворюються токсичні речовини, серед яких найбільш розповсюджений продукт неповного згоряння - оксид вуглецю (CO), який може призвести до отруєння людей. На пожежах, як правило, горіння відбувається за браком окисника, що серйозно ускладнює пожежогасіння внаслідок погіршення видимості або наявності токсичних речовин у повітряному середовищі.

Слід зазначити, що горіння деяких речовин (ацетилену, оксиду етилену), які здатні при розкладанні виділяти велику кількість тепла, можливе й за відсутності окисника.

Горіння може бути гомогенним та гетерогенним. При гомогенному горінні речовини, що вступають у реакцію окислення, мають однаковий агрегатний стан - газо- чи пароподібний. Якщо початкові речовини знаходяться в різних агрегатних станах і наявна межа поділу фаз в горючій системі, то таке горіння називається гетерогенним. Пожежі, переважно, характеризуються гетерогенним горінням.

У всіх випадках для горіння характерні три стадії: виникнення, поширення та згасання полум'я. Найбільш загальними властивостями горіння є здатність осередку полум'я пересуватися по всій горючій суміші шляхом передачі тепла або дифузії активних частинок із зони горіння в свіжу суміш. Звідси виникає й механізм поширення полум'я, відповідно тепловий та дифузійний. Горіння, як правило, проходить за комбінованим теплодифузійним механізмом.

За швидкістю поширення полум'я горіння поділяється на:

     дефлаграційне горіння  швидкість полум'я в межах декількох метрів за секунду;

     вибухове  надзвичайно швидке хімічне перетворення, що супроводжується виділенням енергії і утворенням стиснутих газів, здатних виконувати механічну роботу. Ця робота може призводии до руйнувань, які виникають при вибуху у зв'язку з утворенням ударної хвилі - раптового стрибкоподібного зростання тиску.

Залежно від агрегатного стану й особливостей горіння різних горючих речовин і матеріалів пожежі, за ГОСТ 27331-87, поділяються на відповідні класи та підкласи:

    клас А - горіння твердих речовин, що супроводжується (підклас А1) або не супроводжується (підклас А2) тлінням;

    клас В - горіння рідких речовин, що не розчиняються (підклас В2) у воді;

    клас С - горіння газів;

    клас Д - горіння металів легких, за винятком лужних (підклас Д1), лужних (підклас Д2),а також металовмісних сполук (підклас ДЗ);

    клас Е - горіння електроустановок під напругою.

Горіння твердих речовин у більшості випадків пов'язане з переходом їх горючої складової в інший агрегатний стан - газовий. І тільки тверді горючі речовини з високим вмістом горючих речовин (антрацит, графіт і т. ін.) можуть горіти у твердому агрегатному стані - майже без полум'я. Характерним для процесу горіння спалимих рідин є те, що самі рідини не горять, а горить їх пара у суміші з повітрям. Характерною особливістю для легко займистих речовин є те, що більшість з них, навіть при звичайних температурах у виробничих приміщеннях, можуть утворювати пароповітряні суміші з концентраціями в межах поширення полум'я, тобто вибухонебезпечні пароповітряні суміші. Пароповітряні суміші з концентраціями в межах поширення полум'я для горючих речовин можуть мати місце при температурах, нехарактерних для виробничих приміщень.

Горючі гази мають більшу готовність до горіння, ніж тверді горючі речовини і спалимі рідини, є більш небезпечними з точки зору вибухопожежної безпеки. Процес горіння пилу, в цілому, подібний до процесу горіння твердих речовин. Але наявність великої питомої поверхні (відношення площі поверхні пилинок до їх маси) пилинок, яка контактує з окисником (повітрям), і здатність до швидкого їх прогріву по всій масі під дією джерела запалювання, роблять пил більш небезпечним з точки зору пожежної безпеки, ніж тверді речовини, з яких він створений. За здатністю до загоряння і особливостями горіння пил поділяють на вибухонебезпечний і пожежонебезпечний.

              Отже, горіння за сучасними уявленнями — складний фізико-хімічний процес на основі екзотермічних реакцій окиснення-відновлення, який характеризується значною швидкістю перебігу, виділенням великої кількості тепла і світла, масообміном з навколишнім середовищем.

3.      Причини виникнення пожеж

Безпосередньою причиною пожеж є поява того чи іншого компоненту, який бере участь к процесі горіння у тих випадках, коли це не допустимо з точки зору вимог пожежної безпеки.

Аналіз обставин пожеж дає підстави стверджувати, що основною причиною їх виникнення є людський чинник.

За даними щорічних аналізів, які проводить Міністерство внутрішніх справ України, основними причинами пожеж на підприємствах є такі:

   необережне поводження з вогнем у побуті;

   порушення пожежних норм і правил у технологічних процесах виробництва;

    недосконалість технологічних процесів;

     неправильне облаштування систем опалення, вентиляції, електроустаткування;

     недопустиме підвищення температури речовин, що обробляються до температури самозаймання;

     порушення норм і правил зберігання пожежоне-безпечних несумісних матеріалів;

     розряди блискавки, занесення високих потенціалів у виробничі приміщення;

     поява горючого середовища в умовах де є джерело займання порушення правил користування електрообладнанням;

     невиконання протипожежних заходів щодо обладнання пожежного водозабезпечення, улаштування пожежної сигналізації, забезпечення первинними засобами пожежогасіння; використання відкритого вогню факелів, паяльних ламп, паління у заборонених місцях; погане знання персоналом основ пожежної безпеки;

     порушення вимог протипожежного інструктажу під час виконання робіт.

Причиною пожежі також може стати коротке замикання в електричних мережах, струмові перевантаження проводів та електричних машин, великий перехідний опір, розряди статичної та атмосферної електрики, електричні іскри.

При короткому замиканні величина струму в струмопровідних частинах електричних апаратів та машин досягає великих значень, внаслідок чого можливий не тільки перегрів, але й займання ізоляції, розплавлення струмопровідних частин, жил кабелів та проводів.

Найбільш поширеними причинами пожеж на виробництві є такі джерела запалювання, як іскри, що виникають під час роботи двигунів внутрішнього згоряння та електричних двигунів. Вони являють собою розжарені частинки пального або окалини у газовому потоці, які виникають внаслідок неповного згоряння чи механічного винесення горючих речовин та продуктів корозії. Температура такої частинки досить висока, але запас теплової енергії є невеликим, тому що іскра має малу масу. Іскри, у тому числі й іскрові розряди статичної електрики, здатні запалити тільки речовини, достатньо підготовлені для горіння, наприклад, газо- та пароповітряні суміші, осілий пил, волокнисті матеріали. Накопиченню і формуванню зарядів статичної електрики сприяє відсутність або неефективність спеціальних заходів захисту, створення електроізоляційного шару відкладень на поверхні заземлення.

Джерелом запалювання горючих речовин може бути електрична дуга або електрична іскра у вигляді крапель металу, що утворюється під час короткого замикання електропроводки, під час електрозварювальних робіт, при плавленні ниток розжарювання електричних ламп загального призначення.