Физико-химические основы развития и тушения пожаров

7 /^ЫСШАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПОЖАРНО ТЕХНИЧЕСКАЯ ШКОЛА МВД СССР

И. М. АБДУРАГИМОВ, В. Ю. ГОВОРОВ,

В. Е. МАКАРОВ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ И ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ

Допущено Министерством внутренних дел СССР в качестве учебного пособия для высших учебных заведений МВД СССР

УДК 614.841.12(075.8)

РЕЦЕНЗЕНТЫ

Кафедра охраны труда Московского инженерно-строительного института имени В.В.Куйбышева, Главное управление пожарной охраны МВД СССР, начальник отдела ВНИИПО МВД СССР кандидат технических наук А.Н.Баратов,

В книге предпринята попытка изложить основные физико-химические закономерности развития и тушения пожара на современных объектах народного хозяйства с учетом специфических особенностей процессов горения в зависимости от вида объекта и агрегатного состояния горючего материала, В учебном пособии Особое внимание уделено вопросам доминирующего направления развития пожара и факторам, его определяющим. Более подробно рассмотрены механизмы прекращения процессов горения, лежащие в основе действий по тушению пожара, и кратко основные виды огнетушащих средств, применяемых для целей пожаротушения.

Книга написана в соответствии с программой по дисциплин^ "Физико-химические основы развития и тушения пожаров' и предназначена в качестве учебного пособия для слушателей Высшей инженерной пожарно-технической школы МВД СССР. Она может оказаться полезной адъюнктам школы, сотрудникам ВНИИПО МВД СССР, работникам испытательных пожарных лабораторий и преподавателям пожарно-технических училищ.

® Высшая инженерная пожарно-техническая школа МВД СССР,

1980

ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс 'Физико-химические основы развития и тушения пожаров' является .базовой дисциплиной для ряда специальных и профилирующих дисциплин Высшей инженерной пожарно-технической школы МВД СССР: 'Пожарная профилактика в технологических процессах производств', 'Пожарная профилактика в строительном деле', *Пожарная автоматика', 'Пожарная тактика' и др,

В результате изучения этого курса слушатели должны получить определенные представления об основных физико-химических закономерностях развития пожара на современных объектах и об объективных физических и химических процео-сах, лежащих в основе всех существующих приемов и способов прекращения горения.

В ряде практически важных случаев предлагаемые концепции о механизмах прекращения процессов горения на пожаре доведены до численных расчетов основных параметров процесса тушения: удельных расходов огнетушащих средств, интенсивностей их подачи, требуемого запаса огнетушаших средств на тушение того или иного вида пожара. В данном курсе Ьпервые уделено большое внимание вопросам повышения эффективности методов и средств тушения пожара и даны некоторые рекомендации по количественной оценке качества тушения ординарных пожаров.

Изучение курса, помимо лекций, сопровождается выполнением ряда специфических лабораторных работ и упражнений, предназначенных для углубления и развития представлений о сложной совокупности физико-химических процессов и явлений, сопровождающих процесс неорганизованного диффузионного горения в условиях пожара.

В книге использованы отечественные и зарубежные работы в области физики горения, разработки новых видов огнетушаших средств и результатов исследований динамики пожаров и способов борьбы с ним и, в частности, экспериментальные работы ВНИИПО МВД СССР и, главным образом, результаты аналитических исследований и натурных испытаний, выполненных ВИПТШ МВД СССР.

Учебное пособие 'Физико-химические основы развития и

1-2

тушения пожаров' написали: гл.1, 2, 4, 8 5.1, 6.1, 6.4, гл.7,

§ 8.1, 8.2, 9.1, 9.2, 9.4 - доктор технических наук профессор И.М.Абдурагимов, § 5.3, 6.2, 9.5 - кандидат технических наук доцент В.Ю.Говоров, 8 5.2, 6.3, 6.5 - кандидат технических наук доцент В.Е.Макаров, гл.З, § 8.4, 9.3 - И.М.Абдурагимов и В.КХГоворов, 8 8.3, 8.5 - И.М.Абдурагимов и В.Е.Макаров,

8 5.4 - инженер Е.В.Крылов,

Авторы выражают глубокую благодарность преподавателям обтетехкических и специальных кафедр школы, а также рецензентам кандидату технических наук Баратову А.Н., доктору технических наук Орлову Г.Г., кандидату технических наук Пчелин-цеву В.А. за полезные советы и замечания, высказанные в процессе рецензирования рукописи. Так как учебное пособие по этой дисциплине написано впервые, авторы сознают, что книга не свободна от ряда недостатков в изложении некоторых вопросов, все замечания и предложения по улучшению данного учетного пособия будут приняты с благодарностью.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЖАРА КАК ФИЗИЧЕСКОЮ ЯВЛЕНИЯ И ЕГО ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ НА СОВРЕМЕННЫХ

ОБЪЕКТАХ

Изучение физико-химических основ развития и тушения пожаров целесообразно начать с определения самого понятия пожара как физического явления. В ГОСТе 12.1.064-76 сказано: 'Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб'. Для специалистов пожарной охраны можно дать более развернутое определение: 'Пожаром называется процесс горения, возникший непроизвольно (или по злому умыслу), который будет развиваться и продолжаться до тех пор, пока либо не выгорят все горючие вещества и материалы, либо не возникнут условия, приводящие к самопотуханию (случай весьма редкий, но возможный), либо пока не будут приняты специальные активные меры по его локализации и тушению'.

Из этого определения можно сделать три вывода:

1. Горение есть главный и основной процесс на пожаре, так как без горения никакой пожар невозможен. С точки арония пожарного специалиста горением называется сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, дыма и световым излучением, в основе которого лежат быстротекущие химические реакции окисления в атмосфере кислорода воздуха.

Особенностями горения на пожаре от других видов горения являются: склонность к самопроизвольному распространению огня до максимальных размеров, сравнительно невысокая степень полноты сгорания, интенсивное выделение дыма, содержащего продукты полного и неполного окисления.

2. Поскольку процесс горения возникает непроизвольно или по злому умыслу, то никакие предварительные меры не могут полностью исключить вероятность его возникновения.

3. Для уменьшения степени опасности пожара и величины материального ущерба от него, необходимо применять весь накопленный арсенал' предварительных конструктивных и профилактических средств и методов по его предотвращению, на случай его возникновения - по его локализации и ограничению интенсивности его развития, а в случае его возникновения принимать активные меры по его локализации и тушению.

Из этих выводов вытекают соответственно три следствия:

- для снижения пожарной опасности любого объекта следует пришшать максимум профилактических, конструктивно-технологических, организационных и других мероприятий, направленных на недопущение возникновения пожара,

- на случай, если пожар все-таки возникнет, необходимо предусматривать также конструктивно-планировочные и технологические решения, которые снижали бы интенсивность его развития, способствовали бы локализации зоны горения и задымления,

- необходимо предусматривать комплекс мероприятий, направленных на активную локализацию и тушение пожара специальными технологическими приемами, автоматическими и ста-it карными системами пожаротушения или путем привлечения сил и средств пожарной охраны в минимально короткое время.

На пожаре одновременно протекает много различных процессов и явлений, одни из которых более или менее просты и понятны, другие - чрезвычайно сложны. Одни из этих явлений постоянны или обязательны на каждом пожаре, т.е. присущи всем пожарам, другие - возникают только на некоторых. Так, для всех пожаров характерны:

горение с выделением в зоне горения тепла и продуктов го. рения,

массообмеи (точнее,газообмен), осуществляемый по механизму конвективных газовых потоков, обеспечивающих приток свежего воздуха (кислорода) в зону горения и отвод продуктов горения из нее ( С0₉ , Н₀0 и др.),

передача тепла из зоны горения в окружающее пространство (в том числе горючим материалам), без которого невозможно непрерывное самопроизвольное продолжение процесса горения на пожаре, его развитие и распространение. Оно приводит к потере механической прочности несущих конструкций и их обрушению, взрыву емкостей высокого давления, сосудов и резервуаров с горючими жидкостями и газами, к выходу из строя приборов и оборудования и т.д. Это тепло осложняет обстановку на пожаре, затрудняет ведение боевых действий по его локализации и тушению.

Эти три основных процесса неразрывно взаимосвязаны и взаимообусловлены.' Другие явления встречаются лишь на некоторых видах пожаров. К ним относятся: выделение продуктов неполного сгорания и токсичных продуктов разложения горючих веществ, задымление, деформация или обрушение конструкций, разрыв стенок резервуаров со сжатыми газами, взрыв сосудов

и резервуаро^{в с} горючими газами, 1 повреждение комму_никацион-них систем (электросиловых, связи, водоснабжения и 4р.), выброс горючи * жидкостей и т.п.

Эти 'r'^T°P«4«^bie' явления чрезвычайно важны, особенно _с точки зрения предупреждения пожаров, тактики тушения _{и Q}p_ глнияяг^и боевой работы на пожаре. Они определяют сбстанов-ку на пожаре и ее особенности. Некоторые из них, та!-_{ие как} дымо образование, задымление, вскипание и выброс гоыочих ,_кидк остей и другие, кратко рассмотрены в данном пособии.

^ собую опасность с точки зрения динамики развити_я пожаров представляют взрывы. Взрывы, как правило, возни_кают вце-з^грю, развиваются с большой скоростью и сопровожда,_{отся вы}_ млением огромной механической энергии. Они обладай^ большой разрушительной силой и нередко сопровождаются Человеческими жертвами.

Взрыв есть не что иное, как выделение относительно большого количества энергии в конечном (ограниченном) объеме за сравнительно короткий промежуток времени. Под вэр_ЫВОм в данном случае подразумевается процесс интенсивного выделения тепловой энергии горючей смеси при сгорании ее ₃ ограниченном объеме. В этом случае выделившееся тепло недостаточно быстро отводится в окружающее пространство. Оно идет в основном на нагревание и расширение продуктов горец^ _к резкому повышению давления в замкнутом объеме. Коь_{да дав}__ ление превышает конструкционную прочность сосуда ш_и резервуара, то приводит к его механическому разрушению.

Взрыв горючей смеси может произойти внутри сосу_{да> ре}_ эервуара, реактора, отдельного помещения или здаьия и не привести к его разрушению, а лишь резко повысить Д«вление и температуру внутри него. Эти случаи, как правило, не представляют собой опасности и лишь приводят к наруше^^ технологического режима или временному прекращению производственного процесса.

Другие, более специфичные, такие как взрыв, o6pyi_iefQIe, обрыв коммуникаций, рассматриваются более подробно _в других специальных дисциплинах.

Грандиозные успехи в развитии народного хозяйств нашей страны, влияние научно-технической революции требует повышения уровня пожарной безопасности объектов народнсро хозяйства, обеспечения их эффективной и надежной защи_гы от пожаров и взрывов.

Новые проблемы обеспечения пожарной безопасности иоэ— никли и в связи с новыми строительными и архитектуэцо-пла-нировочными решениями современных объектов. Архит._КТур_НО_