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 - це неконтрольоване горіння поза спеціальним вогнищем, що поширюється в часі та просторі.
Пожежа, як ми вже знаємо, може супроводжуватися знищенням матеріальних цінностей, створювати загрозу життю та здоров'ю людей, довкіллю.
Горіння - складне й швидке хімічне перетворення, що супроводжується виділенням великої кількості тепла та світінням (полум'ям).
Горіння - 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).
Фото 1. А.-Л. Лавуазьє
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 (фото 2).
Фото 2. Горіння 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.
Розглянемо явища, що спричиняють пожежі з горінням твердих речовин (фото 3). До них належать полум'я, теплове випромінювання, розжарені матеріали.
Фото 3. Горіння твердих горючих речовин і матеріалів
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.
Знизити рівень пожежної небезпеки можна шляхом застосування негорючих матеріалів, обмеженням маси та об'єму горючих матеріалів і речовин, ізолюванням горючого середовища (наприклад, застосуванням ізольованих негорючих відсіків, кабін), вогнезахистом.
Вогнезахист - це зниження рівня пожежної небезпеки матеріалів і конструкцій шляхом спеціальної обробки. Для такої обробки часто застосовують спеціальні речовини - антипірени (фото 4). Дія антипірену полягає в розплавленні легкоплавких речовин, уведених шляхом вогнезахисної обробки до складу матеріалу. При цьому частина тепла витрачається на розплавлення антипірену, а негорючі гази, які утворилися під час розплавлення, перешкоджають поширенню полум'я. Одним із кращих антипіренів є діамоній-фосфат, який під час нагрівання виділяє окисли фосфору, що покривають горючий матеріал, наприклад, ту саму деревину, захисною плівкою, та утворює негорючий газ - аміак.
Ефективним антипіреном є також суміш фосфорнокислого натрію з сульфатом амонію.
Фото 4. Нанесення антипірену на деревину
Якщо ми уважно подивимося на наші помешкання, то легко дійдемо простого й важливого висновку: майже всюди та постійно є дві з трьох необхідних умов виникнення горіння: горючі речовини й окислювач. Тому слід особливу увагу приділяти виявленню та усуненню ймовірних джерел займання.
Теплові джерела займання дуже різноманітні. Наприклад, навіть звичайний графин із водою, залишений на підвіконні, може зіграти роль оптичної лінзи, у фокусі якої опиниться портьєра, й від теплового прояву сонячної енергії виникне пожежа.
До основних причин виникнення пожеж належать:
-
необережне поводження з вогнем;
-
порушення правил обладнання та експлуатації електроустановок;
-
порушення правил обладнання та експлуатації печей;
-
пустощі дітей з вогнем;
-
підпали;
-
несправність виробничого обладнання.
Більшість пожеж в Україні (50-60%) виникає внаслідок необережного поводження з вогнем.
Пожежі бувають природні та антропогенні.
До природних належать пожежі, що виникають унаслідок прямих ударів блискавки (розрядів атмосферної електрики), виверження вулканів, самозаймання торфу, вугілля тощо. Кількість таких пожеж незначна - менше 1%.
Антропогенні пожежі - це пожежі, що виникають на об'єктах, створених руками людей (у синтетичному середовищі, прямо чи побічно пов'язані з людським чинником, тобто з пожежонебезпечною діяльністю людини або невтручанням людини для запобігання пожежонебезпечним ситуаціям). Такі пожежі виникають у 99 випадках зі 100.
Переважна більшість пожеж виникає безпосередньо з вини людини через необізнаність її з правилами та вимогами пожежної безпеки або внаслідок несвідомого, поверхового чи просто недбалого ставлення до них.
Основні джерела займання
| Вид теплового впливу | Реальне джерело займання |
|---|---|
| Тління | сигарета, головешка, вугілля, шлак |
| Відкрите полум'я | свічка, сірник, запальничка, факел, пальник, паяльна лампа, багаття |
| Іскра | іскра термічна, іскра електрична, іскра від тертя (висікання) |
| Термічне нагрівання поверхні | піч, сушарня, розігрівання від тертя |
| Електричне нагрівання поверхні | коротке замикання, перевантаження мережі, поганий контакт у проводах, електронагрівальний прилад, електромагнітне поле, освітлювальний прилад, розжарена частинка, електрична піч |
| Інші | сонячні промені, розряд атмосферної електрики (блискавка), нагрітий газ, лазер, самозаймання |
Нині встановлено чотири класи пожеж, а також їхні символи (рис.2):
Рисунок 2. Символи класів пожеж
А - горіння твердих речовин, переважно органічного походження, яке супроводжується тлінням (деревина, текстиль, папір);
В - горіння рідких або твердих речовин, які розтоплюються;
С - горіння газоподібних речовин;
D - горіння металів та їх сплавів.
Крім цих чотирьох класів, існує додатковий, п'ятий клас (Е), прийнятий для позначення пожеж, пов'язаних із горінням електроустановок.