Температура пожара при горении

Защита промышленных объектов и жилых зданий от пожаров – одна из наиболее важных и актуальных проблем. При этом основной целью при возникновении возгорания считается спасение людей, а единственным критерием эффективности действий по тушению – ликвидация очага возгорания в кратчайшие сроки. Чтобы решать практические задачи пожарной безопасности, необходимо учитывать комплекс параметров, наиболее важным из которых выступает температура пожара при горении.

Общие сведения

Пожарами называют процессы горения, которые не поддаются контролю, сопровождаются ущербом и убытками. Само горение представляет собой окислительную реакцию, для которой характерно образование пламени, свечение, появление дыма. Способность развивать горение является горючестью.

Пожары подразделяют на 4 класса на основании объектов, которые воспламеняются:

• A – твердые вещества;
• B – жидкие вещества;
• C – газы;
• D – металлы;
• E – электроустановки.

Классовая принадлежность определяют температуру при горении.

Все пожары сопровождаются опасными проявлениями:

• пламенем и искрами;
• повышением температуры окружающей среды;
• дымом;
• понижением уровня кислорода.

Все они воздействуют на человека, причиняют материальный ущерб.

По мере нарастания пламени в помещении наступает момент, когда все сооружение оказывается задымленным и охваченным тепловым влиянием. Дальнейшее нахождение в нем оказывается невозможным. Такой момент называют критическим временем. Он зависит от площади помещения, теплоты сгорания, темпов выгорания. Предельным значением среды считается 70 °С – человек не способен находиться в здании с такой температурой.

Горение

Все вещества, способные сгорать, состоят из углерода и водорода – основных компонентов газовоздушного потока. Температура воспламенения для многих из них колеблется в пределах 300 °С.

Горение возможно лишь в том случае, когда в воздухе будет содержаться определенное количество кислорода. Концентрация, при которой исключено воспламенение, определяется только опытным путем. Например, для картона самопроизвольное затухание наступает при 14 %.

Чтобы горючая смесь воспламенилась необходим источник зажигания. Это может быть огонь, тепловое воздействие нагревательных приборов, разряды статического электричества, молнии и т.п.

Особенности развития пожара

Процесс определяется несколькими факторами:

• физическими и химическими характеристиками загоревшихся элементов;
• пожарной нагрузкой;
• темпами выгорания;
• особенностями газообмена.

Существуют три стадии:

1. Начальная – когда возгорание переходит в пожар, увеличивается горящая зона. Среднеобъемная t возрастает до 200 °С. Темпы роста – около 15 °С/мин.
2. Стадия объемного возгорания – когда пламя заполняет весь объем помещения. Разрушаются стеклянные конструкции, поток свежего воздуха увеличивает развитие. Температурные значения доходят до 800-900 °С. Скорость роста – около 50 °С/мин.
3. Затухание – когда пространство, где развивается пожарный процесс, четко подразделяется на следующие области: горения, теплового воздействия и задымления.

Когда говорят о внутренних пожарах, рассчитывается среднеобъемная t газовой среды в здании. Об открытых – предельные температурные показатели пламени.

Температурный режим

Абсолютные значения температуры наружных пожаров выше, чем внутренних. Это объясняется размерами зоны горения, а также особенностями горючих веществ, удельной теплоты пожара, газового обмена и прочих факторов.

Температура пожара – непостоянная величина. Она зависит от пространственно-временного фактора, может становиться выше или ниже. Температурные изменения в пространстве и времени – температурный режим (ТР) пожара.

В помещениях

ТР внутренних пожаров – среднеобъемные колебания температуры с течением времени. Скорость роста и абсолютное значение температуры зависит от многих факторов:

• объема здания;
• пожарной нагрузки;
• особенностей газообмена;
• горючих веществ;
• потерь тепла на нагрев конструкций;
• отношения площади приточных отверстий к площади горения;
• отношения площади горения к площади пола;
• высоты здания.

Высота помещения – один из ключевых факторов, определяющих температурный режим. В высоких сооружениях скорость роста t выше, однако по максимальному значению она меньше, чем в низких. Это обусловлено тем, что в помещениях малой высоты коэффициент избытка воздуха больше, следовательно, потери тепла из зоны горения тоже больше.

Например, подвалы, судовые трюма, кабельные тоннели, сушильные камеры и прочие относительно замкнутые пространства отличаются более высокой температурой пожара. Передача тепла наружу ограничивается, запускается процесс его аккумуляции.

Наружные

ТР наружных пожаров – среднеобъемные колебания температуры в зависимости от времени и области теплового воздействия до безопасных границ. Границы располагаются там, где температура не поднимается выше 50-60 °С. Влияние на нее оказывают теплота и скорость сгорания, дымообразующие способности.

Среднее значение для горючих газов – 1200-1300°С, для жидкостей – 1100-1300°С, для твердых веществ органического происхождения – 1000-1250°С.

По высоте температуры при пожаре распределяются неравномерно. Максимальные значения находятся непосредственно в зоне горения, минимальные – по мере удаления от нее к границам теплового воздействия. Чем дальше от области горения, тем ниже градус, что объясняется процессами теплообмена, происходящими в окружающей среде.

Лесные пожары

Защита лесов – одна из ключевых природоохранных проблем. Задача лесопожарного мониторинга состоит в прогнозировании температур горения верхового пожара. Согласно действующему Лесному кодексу РФ и прочим нормативным актам, классификация пожарной опасности в лесных массивах определяется как степень возможности появления очагов возгорания на соответствующих территориях.

Для количественной оценки применяется комплексный показатель (КП), который высчитывается ежедневно каждые 12-15 часов. Класс пожарной опасности выявляется на основании КП. Формула его расчета – сумма произведений t воздуха на разность t воздуха и точки росы за определенное количество дней без осадков.

Лесные пожары подразделяется на две категории:

• низовые – те, что охватывают землю и нижние ярусы деревьев.
• верховые – те, что начинаются при сильных ветрах, распространяются на кроны.

Температура горения дерева составляет около 400-900°С при низовых и 1000-1100°С при верховых.

Особенности температурных расчетов

Для установления t используют:

• термопар;
• оптический либо радиационный пирометр;
• расчеты методом последовательных приближений.

Наиболее часто применяется формула зависимости температурных показателей от времени:

t = 345lg(8t+1), где t – период развития пожара, выраженный в минутах.

Такой ТР считается стандартным. Он демонстрирует исключительно экспериментальные данные при условии, что возгорание не ограничивалось.

Также при определении оцениваются отличительные внешние признаки нагрева – плавление, цвет и т.п.

При сухом воздухе и ТР 80-100 °С, а также при влажном и ТР 50-60 °С человек может пребывать без средств специальной защиты в течение нескольких минут. Более высокие значения и продолжительное нахождение в зоне опасного теплового воздействия приводят к ожогам, перегреванию, обморокам, а в крайних случаях – к летальным исходам.

Примеры

Знание среднеобъемных температур продуктов горения при пожаре, а также скорость их роста помогают делать корректные прогнозы относительно хода развития процесса, производить расчеты газообмена, предвидеть строительные обрушения и деформации, выявлять возможные взрывы. Наиболее распространенные данные приведены в таблице ниже. Характеристики взяты из ГОСТ 12.1.044-89.

Одновременное горение разнородных веществ и материалов требует расчета средних значений ТР по весовой загрузке этих материалов.

Заключение

Высокие температурные значения в пределах горения и теплового воздействия становятся причиной гибели людей и животных. Они вызывают нагрев горючих материалов и их последующее воспламенение, деформируют и обрушают строительные конструкции, оказывают значимое воздействие на развитие и протекание пожара, создают сложные условия для его тушения.

Тушить обычно начинают спустя 20-30 минут, когда все пожарные показатели достигают своих пределов. Однако продолжительное воздействие высоких температур на конструкции негативно отражается на их несущих способностях – данный факт должен быть обязательно учтен.

Чтобы снизить опасность промышленных объектов, их оснащают автоматическими системами тушения, которые активируются на первых фазах развития пожара. В зависимости от особенностей горения они способы полностью прекращать пожар либо сдерживать его развитие.