6.6. Топлинна теория за изгасване на пламъка
Добре известно е, че горенето се основава на химическа реакция на окисление, придружена от отделяне на топлина и светлина. Следователно, за да се потуши пожар, чийто основен процес е горенето, е необходимо по някакъв начин да се повлияе на реакцията на горене, да се намали скоростта му или да се спре реакцията напълно. Преди това бяха разгледани някои ограничаващи параметри, при които горенето спира. Механизмът за спиране на горенето се обясняваот термичната теория за изгасването на пламъка.
Топлинната теория за изчезване на пламъка е разработена от Я. Б. Зелдович, Д. А. Франк-Каменски, Л. А. Вулис, В. И. Блинов и други местни изследователи. Същността на термичната теория за изгасване на пламъка: ако температурата в зоната на химичните реакции на горене (пламък) се намали до 1000 0 C по някакъв начин, тогава процесът на спонтанно запалване ще стане невъзможен, т.е. температурата на изгасване на пламъка е t пот. кв. = 1000 0 С.
Необходимо е да се разграничи понятиетогасене на пламъкаот понятиетопрекратяване на горенето.Гасенето на пламъка не винаги означава спиране на горенето, което, както знаете, може да продължи в безпламъчен режим (хетерогенно горене или тлеене).
Задачата за постигане на гасене на пламъка се свежда до намаляване на температурата на пламъка до температурата на гасенечрез нарушаване на топлинния баланс на процеса на горене,което трябва да доведе до факта, че енергията (топлината), освободена в резултат на горенето, не е достатъчна за поддържане на по-нататъшно спонтанно запалване (за подготовка на горимото вещество за изгаряне - разлагане, изпаряване, а също и за активиране на молекули ). В общия случай, за да се наруши топлинният баланс, е необходимо да се намали скоростта на отделяне на топлина и/или да се увеличи скоростта на отвеждане на топлина.
С други думи, има два начинанарушения на топлинния баланс на процеса на горене (намаляване на температурата на пламъка):
1) намаляване на скоростта наотделяне на топлина(например чрез инхибиране на реакцията на химическо окисление чрез промяна на концентрацията на реагентите, въвеждане на химически активни инхибитори и т.н.);
2) увеличаване на скоростта наотвеждане на топлинаот зоната на горене (например чрез въвеждане на фино пулверизирана вода в зоната на горене).
Скоростта на отделяне на топлина може да бъде намалена чрез физическо или химическо инхибиране на реакцията на горене. Физическото инхибиране на реакцията на горене се постига по следните начини: чрез разреждане на въздух, горящо вещество или неговите пари в зоната на горене с вода, прахове или незапалими газове; изолиране на зоната на горене от запалими пари или кислород във въздуха; охлаждане на горящото вещество с пожарогасителни средства или смесване (виж фиг. 6.1).
Методът на гасене чрез разбъркване се използва за течности, съхранявани в контейнери с голям слой и имащи точка на възпламеняване малко по-висока от температурата на околната среда. Така че, при температура на въздуха от 20 0 C, по този начин е възможно да се гасят течности с точка на възпламеняване 25 0 C и повече. Те включват керосин за осветление и трактори, мазут, дизелово гориво, петрол, терпентин, минерални и растителни масла.
Ориз. 6.1. Принципна схема на гасене чрез смесване с помощта на: а) струи от една и съща течност; б) въздух
При смесване със струя от същата течност (фиг. 6.1.a), помпа A поема студената (ненагрята от пламъка) течност и я доставя в същия резервоар през тръба B. Краят на тръбата е насочен нагоре, така че струята, изтичаща от нея, предизвиква движението на течността в целия резервоар. Това движение води до факта, че студените слоеве, смесвайки се с нагрятия горен слой, го охлаждат рязко. Скорост на изпарениепарите намаляват и след 10-15 минути няма достатъчно пари, за да продължи да гори, и следователно огънят се елиминира. За подаване на въздух (фиг. 6.1.б) се използва компресор или балонна инсталация, от която въздухът се подава през въздуховод към дюза, разположена на дъното на резервоара. Голям брой образувани мехурчета се издигат нагоре, смесват студените и нагрятите слоеве, което води до рязко охлаждане на последните и спиране на горенето.
Химическото инхибиране на реакцията на горене се постига чрез въвеждане на фреони (химически активни инхибитори), пожарогасителни прахове или продукти от горенето на аерозолобразуващи състави на твърдо гориво (TAOS) в зоната на горене или в горивното вещество. .
Увеличаването на коефициента на топлопреминаване, увеличаването на повърхността на топлоотвеждане и намаляването на температурата на околната среда водят до увеличаване на скоростта на топлоотвеждане. Увеличаването на коефициента на топлопреминаване се постига например чрез въвеждане на топлоинтензивни и топлопроводими компоненти, увеличаване на чернотата на пламъка и т.н. Намаляването на температурата на околната среда може да се постигне чрез охлаждане на зоната на горене, отстраняване на източниците на запалване (издухване на пламъка), смесване и т.н. (виж фиг. 6.2).
Нарушенията на топлинния баланс и намаляването на температурата на пламъка до температурата на изгасване на практика най-често се постигат с помощта напожарогасителни агенти (средства).Освен това почти всички пожарогасителни агенти прилагат няколко метода наведнъж за намаляване на температурата на пламъка. И така, при гасене на пожар с пръскана вода се случва следното:
отстраняване на топлина от зоната на горене за изпаряване на водата (т.е. скоростта на отделяне на топлина се увеличава);
разреждане на горими пари и кислород на въздуха (реагенти) с водна пара, което води до намаляване на скоростта на реакцията (т.е. скоростта на отделяне на топлина намалява);
запалимото вещество се охлажда, което води до намаляване на скоростта на разлагане (изпаряване) на горивното вещество и намаляване на потока от горими пари в зоната на горене и намаляване на скоростта на реакцията (т.е. скоростта на отделяне на топлина намалява поради физическото инхибиране на реакцията на горене);
изолиране чрез воден филм на горимо вещество от зоната на горене, което затруднява подаването на горими газове към зоната на горене и кислород към зоната на тлеене (т.е. скоростта на отделяне на топлина намалява поради физическото инхибиране на реакцията на горене).
По този начин основната роля за намаляване на температурата на пламъка се играе не от химични методи за спиране на горенето (химическа кинетика на високотемпературно окисление), а от физически методи за спиране на горенето (външни термодинамични условия, които влияят на химичната кинетика).
Както беше отбелязано по-горе, необходимо е да се прави разлика между понятията загасване на пламъка и спиране на горенето. При пожар не е достатъчно само да се изгаси пламъкът, необходимо е да се спре горенето във всички форми (включително безпламъчно) и да се създадат условия, които предотвратяват възобновяването на горенето. Съществуват условия за спиране на горенето, в зависимост от това кои ефективни методи за спиране на горенето и пожарогасителни средства са избрани.
За да се спре изгарянето на газове, такова условие ще бъде намаляване на температурата на GW под температурата на изгасване на пламъка tplt пот. кв. (т.е. в този случай изчезването на пламъка ще осигури спиране на горенето).
За да се спре изгарянето на течности, такова условие ще бъде намаляване на температурата на повърхността на течността под точката на възпламеняване tfg tfl (за течности с точка на възпламеняване над 28 0 C). Намаляването на температурата до температурата на изгасване на пламъка не е достатъчно, тъй като при такава температура (1000 0 C) парите веднага ще се самозапалят.
Ориз. 6.2. Начини и някои начини за намаляване на температурата на пламъка до температурата на изгасване
За да се спре изгарянето на твърди горими вещества, е необходимо да се вземе предвид необходимостта от спиране не само на пламък, но и на безпламъчно горене, което е много по-трудно. Смята се, че условието за спиране на изгарянето на TGV е да се намали температурата на пробата под температурата на началото на пиролизата (термично разлагане - 200-250 0 С за различни вещества): tsur tgv tini. празник.
Изразът за критерия на процеса на охлаждане може да бъде записан, както следва:
където qres cr е интензитетът на отделяне на топлина, необходим за спиране на горенето;
qvyd е интензитетът на отделяне на топлина по време на горене.
Изчисленията показват, че за случаи на гасене на пожари, свързани с дифузионно изгаряне на газове и пари от течащи течности, чрез охлаждане на зоната на горене
Познавайки числовата стойност
