Согласно ГОСТу пожар это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Горение представляет собой сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла, продуктов сгорания, световым излучением.
В основе горения в подавляющем большинстве лежат быстротекущие химические реакции окисления сгораемых материалов кислородом воздуха, в первую очередь углерода с образованием СО2, и водорода с образованием Н2О.
При пожарах со свободным притоком воздуха состав воздуха условно можно считать постоянным: 21% кислорода и 79% азота (по объему) или 23% и 77% (по весу).
Для всех пожаров характерны:
-горение с выделением тепла и продуктов сгорания;
-газообмен, осуществляемый по механизму конвективных газовых потоков, обеспечивающий приток кислорода воздуха в зону горения и отвод продуктов сгорания из нее;
-передача тепла из зоны горения в окружающее пространство, в том числе горючим материалам, без чего невозможен непрерывный процесс горения.
Основной механизм распространения горения при пожаре - теплопередача. Это сравнительно медленный процесс, поскольку теплопроводность распространенных сгораемых веществ невысока. Ограничена и лучевая и конвективная теплопередача.
Виды горения при пожарах.
Под воздействием тепла, выделяемого источником зажигания, газы, жидкости, твердые вещества и пыли ведут себя по-разному. При пожарах различают два основных вида горения: гомогенное и гетерогенное.
При гомогенном горении окислитель и горючее находятся в газовой фазе. Помимо того, что гомогенное горение имеет место при сгорании горючего газа, все горючие жидкости перед воспламенением испаряются, образуя газообразную среду. Большинство твердых веществ в процессе нагрева при пожаре плавятся, разлагаются и испаряются, выделяя газообразные фракции. Полученная любым из этих превращений газообразная среда смешивается с воздухом и горит.
При гетерогенном горении горючее находится в твердом состоянии, а окислитель в газообразном, и реакция окисления горючего происходит в твердой фазе. Твердые вещества, превращенные в пыль (угольную, металлическую, текстильную), при перемешивании с воздухом образуют пожаровзрывоопасные пылевоздушные смеси.
Поскольку при горении на пожарах роль окислителя чаще всего выполняет кислород воздуха, окружающего зону протекания химических реакций, интенсивность горения определяется не скоростью протекания этих реакций, а скоростью поступления кислорода из окружающей среды в зону горения.
Зоны пожара.
В пространстве, в котором развивается пожар, условно рассматривают три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.
Зоной горения называется часть пространства, в которой происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение.
Зоной теплового воздействия называется часть пространства примыкающая к зоне горения, в которой тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в ней людей без специальной защиты. Внешняя граница этой зоны соответствует температуре 60-70оС.
Зоной задымления называется часть пространства в которой от дыма создается угроза жизни и здоровью людей (статистика показывает, что большая часть людей на пожаре гибнет от удушья).
Участвующие в горении вещества и характеризующие их параметры.
Основные положения
По агрегатному состоянию участвующие в горении вещества подразделяют на газообразные, жидкие и твердые.
К газам относятся вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50оС равно или превышает 300кПа, или критическая температура которых менее 50оС.
К жидкостям - вещества, температура плавления (каплепадения) которых менее 50оС.
К твердым - вещества с температурой плавления (каплепадения) 50оС и выше. В твердых веществах особую группу составляют пыли, т.е. диспергированные вещества с размером частиц менее 850мкм.
По возможности возгорания вещества подразделяют на негорючие, трудногорючие и горючие. Негорючие (несгораемые) - это вещества и материалы, не способные гореть на воздухе. Трудногорючие (трудносгораемые) - это вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления. Горючие (сгораемые) - это вещества и материалы способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.
Из группы горючих выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы, т.е. такие, которые способны воспламеняться от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, сигарета и т.п.). К легковоспламеняющимся относятся жидкости с температурой вспышки не выше 61оС в закрытом тигле или 66оС в открытом тигле.
Вспышка - быстрое горение горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов и не переходящее в стационарное горение.
Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания, но скорость их образования еще недостаточна для возникновения устойчивого горения.
Температурой воспламенения называется наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет пары и газы с такой скоростью, что после их зажигания возникает устойчивое пламенное горение.
Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение экзотермических реакций, заканчивающееся пламенным горением. Эта температура, не являясь физико-химической константой, существенно зависит от формы и объема вещества, а также ряда других факторов. Поэтому для определения температуры самовоспламенения используется специальная установка.
Параметры пожаров.
К основным параметрам пожара относятся: пожарная нагрузка, массовая скорость выгорания, скорость распространения пожара, температура пожара, интенсивность выделения тепла и др.
Пожарная нагрузка характеризует энергетический потенциал сгораемых материалов, приходящийся на единицу соответствующей площади (пола или участка земли). Она измеряется в единицах энергии или количества сгораемых материалов (в пересчете на древесину) на единице площади, например, Дж/м.кв (при пересчете на энергию, выделяющуюся при горении) или кг/м.кв (в пересчете на древесину - исходя из того, что при сгорании одного кг древесины выделяется 18,8 МДж энергии).
Пожарная нагрузка помещения состоит из постоянной (все сгораемые конструкции сооружения) и временной (находящиеся в помещении материалы). В зданиях пожарная нагрузка каждого этажа определяется отдельно и лимитируется соответствующими нормативами.
Массовая скорость выгорания - потеря массы горящего материала в единицу времени. Она зависит от отношения площади поверхности горения веществ к их объему, плотности упаковки, условий газообмена и других причин. (Например, скорость выгорания мебели 50 кг/м.кв.ч, бревен и крупных деревянных элементов 25 кг/м.кв.ч; пиломатериалов в штабелях 400 кг/м.кв.ч). Чем больше скорость выгорания, тем выше температура, развиваемая при пожаре.
Скорость распространения пожара определяется скоростью распространения пламени по поверхности горючего материала. Она зависит от многих факторов (вида материала, способности к воспламенению, начальной температуры, направления газового потока, степени измельчения материала и др.). Кроме того, она непостоянна во времени. На практике при проведении расчетов пользуются средними значениями этого параметра:
при горении легковоспламеняющихся горючих жидкостей 30 м/мин,
по штабелям пиломатериалов 4 м/мин,
по деревянным покрытиям 1 м/мин,
по пустотам деревянных конструкций до 2 м/мин.
Скорость распространения пламени по поверхности материалов варьируется в широких пределах в зависимости от угла наклона этой поверхности к горизонтали. При угле наклона 90 градусов скорость распространения пламени вниз меньше указанных значений в 2 раза, а вверх - в 8-10 раз больше.
При увеличении температуры скорость увеличивается, а при достижении температуры самовоспламенения материалов их поверхность охватывается пламенем почти мгновенно.
Значения скорости распространения пламени в различных газах при атмосферном давлении и комнатной температуре:
Под температурой внутреннего пожара понимают среднеобъемную температуру газовой среды помещения, а для открытого пожара - температуру пламени. Поэтому температура внутренних пожаров, как правило, ниже чем открытых.
На практике при проведении различных оценочных расчетов (например при оценке огнестойкости конструктивных элементов зданий) широко используется понятие "стандартный пожар". При "стандартном пожаре" изменение температуры T во времени t описывается эмпирическими формулами, полученными усреднением натурных измерений:
T(t) ОС= A + 345 lg(8t+1) ,
где А - температура в помещении до начала пожара в ОС,
t - в минутах.
Формула рекомендована международной организацией по стандартизации ИСО (ISO) для определения T при "стандартном пожаре". Результат расчетов по этой формуле дает следующие значения:
часы
минуты
ТоС
часы
минуты
ТоС
Интенсивность выделения тепла определяется массовой скоростью выгорания горючих материалов и их теплосодержанием. Она равна теплу, выделяющемуся при пожаре за единицу времени.
Классификация пожаров.
В зависимости от вида горящего материала различают пожары классов А,В,С,Д.
При пожарах класса А - горят твердые вещества,
класса В - горят жидкости,
класса С - горят газы,
класса Д - горят металлы.
Каждый из рассмотренных классов делится на подклассы (Классификация ИСО).
По признаку изменения площади пожары делятся на распространяющиеся и нераспространяющиеся.
По масштабу различают отдельный пожар (горит одно здание или одно сооружение),сплошной пожар (одновременное горение преобладающего числа зданий и сооружений на данном участке застройки), массовый пожар (совокупность отдельных и сплошных пожаров). При слабом ветре массовый пожар может перейти в огненный шторм (образование одного гигантского турбулентного факела и радиального притока воздуха).
По условиям массо и теплообмена с окружающей средой различают пожары в ограждениях (внутренние пожары) и на открытой местности ( открытые пожары).