Газообразные продукты сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Контрольная работа

Газообразные продукты сгорания

Содержание

Введение

1. Газообразные продукты сгорания

1.1 Факторы дымообразования

1.2 Состав газовой фазы при дымообразовании

Заключение

Список литературы

Введение

Расчет пожара (прогнозирование опасных факторов) необходим для оценки своевременности эвакуации и разработке мероприятий по ее совершенствованию, при создании и совершенствовании систем сигнализации, оповещения и тушения пожаров, при разработке планов пожаротушения (планирования боевых действий пожарных подразделений при пожаре), для оценки фактических пределов огнестойкости, проведении пожарно-технических экспертиз и других целей.

В развитии пожара в помещении обычно выделяют три стадии:

- начальная стадия - от возникновения локального неконтролируемого очага горения до полного охвата помещения пламенем; при этом средняя температура среды в помещении имеет не высокие значения, но внутри и вокруг зоны горения температура такова, что скорость тепловыделения выше скорости отвода тепла из зоны горения, что обуславливает само ускорение процесса горения;

- стадия полного развития пожара - горят все горючие вещества и материалы, находящиеся в помещении; интенсивность тепловыделения от горящих объектов достигает максимума, что приводит и к быстрому нарастанию температуры среды помещения до максимальных значений;

- стадия затухания пожара - интенсивность процесса горения в помещении снижается из-за расходования находящейся в нём массы горючих материалов или воздействия средств тушения пожара.

Однако в любом случае, как показывает уравнение «стандартного пожара», температура в очаге пожара через 1,125 мин достигает значения 365оС. Поэтому очевидно, что возможное время эвакуации людей из помещений не может превосходить продолжительности начальной стадии пожара.

1. Газообразные продукты сгорания

1.1 Факторы дымообразования

Дымообразование - сложный физико-химический процесс, состоящий из нескольких стадий, вклад которых зависит от условий пиролиза и горения строительных отделочных материалов. Как показали исследования, процесс термодеструкции строительных отделочных материалов можно описать следующим образом: на начальной стадии, при нагревании материала под действием высокой температуры протекают процессы пиролиза. Недостаток кислорода в зоне воздействия температурного фактора объясняется поглощением кислорода в ходе процессов горения и невозможностью поступления кислорода из неподвергнутых тепловому потоку слоев материала. Следовательно, выход продуктов дымообразования строительных отделочных материалов на начальной фазе должен быть тождественен продуктам пиролиза. По мере дальнейшего прогревания материала дымообразование характеризуется сложными химическими процессами и выбросом в газовую фазу ряда различных веществ.

Следующую фазу дымообразования, наступающую при температуре 700- 1000 С, можно охарактеризовать как процессами, аналогичными описанным в предыдущей стадии, так и процессами вторичного дымообразования продуктов термодеструкции материала, уже находящихся в газовой фазе.

Рассмотрим влияние температуры на процесс дымообразования древесины. До температуры 170-250 °С древесина ведет себя как инертное вещество: существенные тепловые эффекты в этой области отсутствуют. Максимумам экзотермических эффектов соответствуют температуре около 340 °С и около 470°С. Интенсивное физическое разрушение древесины начинается при температуре 300°С. Этот процесс начинается на поверхности обугленной в процессе разложения древесины с момента появления маленьких трещинок, расположенных поперек волокон. Из трещинок летучие продукты, образующиеся во внутренних слоях древесины, поступают на поверхность. Со временем степень обугливания, частота трещин, их глубина и ширина увеличиваются, количество выделяемых горючих газов возрастает, а деревянные конструкции расщепляются, теряя несущую способность. Однако, скорость распада древесины снижается с присутствием в древесном комплексе антипиренов. Выход летучих продуктов изменится за счет уменьшения горючей составляющей смолы, значит, уменьшится и теплота сгорания летучих горючих продуктов. В результате количество тепла, доставляемого на поверхность древесины, уменьшится. Это означает, что для поддержания горения потребуется более мощный тепловой поток. Cлой угля, по мере его накопления, будет служить защитой для внутренних слоев древесины. Этим можно объяснить уменьшение дымообразования древесных материалов при использовании огнезащитных составов. При пламенном горении образцов древесины в атмосфере воздуха, или смеси азота с воздухом, кривая скорости дымообразования имеет два пика. Область первого пика характеризует процесс выделения негорючих дымообразующих продуктов и паров воды. После первого максимума наблюдается выделение горючих продуктов разложения древесины и их пламенное горение, за которым вновь следует участок выделения дыма. Для сравнения дымообразующей способности строительных отделочных материалов принято сопоставлять коэффициенты общего дымообразования, которые зависят от условий пиролиза и горения материалов. Установлено, что дымообразование образцов древесины, полиэтилена, эластичного пенополиуретана и огнезащищенного полистирола становится интенсивнее при снижении концентрации кислорода в окружающей атмосфере, в то время как для жесткого пенополиуретана, полистирола, поливинилхлорида, мочевиноформальдегидного пенопласта коэффициент общего дымообразования практически не зависит от содержания кислорода. С увеличением температуры коэффициент дымообразования древесины снижается, а для жесткого пенополиуретана, полистирола, поливинилхлорида, полиакрилонитрила наоборот увеличивается. Дым представляет собой главным образом диспергированные частицы, аналогичные по химическому составу нелетучему остатку. Этот вывод был подтвержден проведенным химическим анализом частиц дыма.

Согласно концепции капельной теории в результате пиролиза органических соединений образуются углеводородные соединения, молекулярная масса которых и концентрация в локальных зонах газовой фазы растут до достижения так называемой точки росы, когда парциальное давление вещества в газе достигает величины давления насыщенного пара. Это состояние приводит к конденсации и образованию капель.

Последующие реакции дегидрополиконденсации соединений в жидкой фазе приводят к образованию твердых частичек с высоким содержанием углерода. В результате пиролиза углеводородов образуются промежуточные неустойчивые соединения. Эти не сконденсировавшиеся под влиянием ван-дер-ваальсовых сил молекулы высших углеводородов или комплекс высокоактивных промежуточных соединений свободно-радикального типа. Возможно, зародышами сажевых частиц в газовой фазе являются положительно заряженные углеводородные фрагменты. Благодаря наличию положительных углеводородных ионов ускоряются процессы нуклеации и конденсации соединений.

Большая часть положительных ионов в сажеобразующих пламенах углеводородов принадлежит высшим углеводородам. С увеличением размера ионных частиц по высоте пламени пропорционально меняется распределение размера сажевых частиц. Образование заряженных частиц в пламени может происходить в результате столкновения атомов и молекул, имеющих высокую кинетическую энергию. Поэтому чем выше температура, тем больше вероятность ионизации. Термоэмиссия электронов и их «прилипание» к нейтральным атомам или молекулам приводят к появлению положительно и отрицательно заряженных частиц. Отрыв электрона происходит тем легче, чем ниже ионизационный потенциал у атома и молекулы.

Однако неравновесность концентрации заряженных частиц во фронте пламени приводит к выводу, что существуют и другие пути их образования, помимо столкновения и удара электрически нейтральных частиц. В гомогенной газовой фазе положительные углеводородные ионы типа СnН n + являются зародышами новой фазы. Вокруг ионов группируются нейтральные молекулы. Во время начальной стадии роста подобных кластеров последние сохраняют положительный заряд. Их агломерация предотвращается за счет сил электростатического отталкивания до тех пор, пока не будет достигнут критический размер частиц. Этот размер зависит от кинетической энергии частиц (температуры) и соответствует размеру сажевых кристаллитов в 20--30 Е. Далее происходит агломерация кристаллитов и рост поверхности за счет гетерогенной реакции. При этом образуются сферические частицы углерода. Вероятно, по такой модели образуются частицы дыма пенополистирола

У одних материалов коэффициент дымообразования возрастает при тлении (целлюлозные материалы, огнезащищенные полиуретаны), у других--при пламенном горении (поливинилхлорид, полиэфиры, полистирол). При тлеющем горении поливинилхлорида в основном образуется плотный туман, содержащий капельки соляной кислоты. При пламенном горении образуется дым, состоящий, главным образом, из твердых частичек сажи и с примесью конденсированных капель хлористого водорода. Наиболее существенное значение в дымообразовании при термодеструкции строительных отделочных полимерных материалов имеют процессы образования в пламени конденсированных частиц углерода (сажи). Светящееся желтое пламя, возникающее вблизи поверхности горящих полимеров, свидетельствует о том, что процесс образования углерода начинается уже в низкотемпературной зоне пламени. Свечение пламени обусловлено рассеянным излучением твердых частичек углерода. Если сажевые частицы не успевают выгорать в реакционной высокотемпературной зоне пламени, происходит выделение дыма из вершины пламени. При диффузионном горении полимеров наблюдаются примерно такие же закономерности в отношении сажеобразования и выделения дыма, как и при горении низкомолекулярных органических соединений. Это естественно, так как в образовании углерода в пламени полимеров участвуют низкомолекулярные продукты пиролиза. Известно, что способность к образованию сажи при горении органических углеродных соединений зависит от соотношения окислитель - топливо. В случае предварительно перемешанных пламен образование сажи наблюдается лишь тогда, когда соотношение содержания кислорода и топлива меньше критического значения, определяемого природой горючего. Кислородсодержащие соединения характеризуются более низким критическим значением состава окислитель - горючее, чем насыщенные и ненасыщенные углеводороды.

На основании изложенного можно выделить следующие наиболее важные процессы, которые приводят к образованию дыма в процессе термодеструкции строительных отделочных материалов:

- пиролиз с образованием в газовой фазе насыщенных и ненасыщенный углеводородов;

- дегидрополиконденсация ароматических углеводородов с частичным разложением ароматических ядер до ацетилена и его производных;

- рост углеродных гексагональных слоев в результате ионно-молекулярных радикальных или ионно-радикальных реакций с образованием частиц дыма, обогащенных углеводородом.

По-видимому, в пламени углеводородов существуют два типа ароматических циклических углеводородов -- реакционные и нереакционные в отношении сажеобразования. Последние не принимают участия в образовании сажи. В постпламенной зоне при охлаждении они конденсируются на углеродных частицах, и, как показали исследования, их легко обнаружить масс-спектрометрически при нагревании сажи в вакууме при высоких температурах. Реакционные полициклические ароматические углеводороды являются углеродными предшественниками. В образовании сажевых зародышей могут участвовать как ионизированные, так и незаряженные ароматические углеводороды. При горении полимерных материалов в газовую фазу переходят различные соединения -- продукты пиролиза полимеров. Все они претерпевают ряд сложных превращений в предпламенной и различных зонах пламени, прежде чем превратиться в конечные продукты сгорания.

1.2 Состав газовой фазы при дымообразовании

Наряду с потерей видимости в результате образования дыма при пожаре наблюдается также выделение ряда газов, которые характеризуются высокой токсичностью. Кроме того, в состав частиц дыма, представляющего собой аэрозоль, входит ряд химических соединений, влияние которых на организм человека ограничено санитарными нормами.

Учитывая то, что одной из основных причин гибели людей на пожаре является отравление токсичными продуктами горения и то, что токсичность продуктов горения является одним из основных параметров пожарной опасности веществ и материалов, было проведено изучение сопровождающей процесс дымообразования газовой фазы.

Проведенные исследования показали, что в газовой фазе дыма при горении ряда строительных отделочных материалов, присутствуют такие токсичные соединения, как хлористый водород и оксид серы (IV), причем процентное содержание этих газов в древесине в два-три раза меньше чем в других исследованных материалах: изоплене, линолеумах, поливинилхлоридных профилях.

Из полученных экспериментальных данных следует, что кроме СО, СО 2 , оксидов азота, хлороводорода и паров воды, состав газовой фазы продуктов термической деструкции различных материалов характеризуется для поливинилхлоридных материалов, отделочных панелей, профилей для окон и дверей, поливинилхлоридных линолеумов и покрытий для пола присутствием таких токсичных газов, как: бензол, относящийся ко второму классу опасности;

1,3-циклопентадиен,

2-метил-1,

3-бутадиен, пентан, относящиеся к 4 классу опасности.

Состав газовой фазы продуктов термической деструкции пенополистирола представляет собой смесь газов: стирола, относящегося к 3 классу опасности; пентана, относящегося к 4 классу опасности.

В состав газовой фазы продуктов термической деструкции модифицированной древесины входит:

-фуран, бензол, 2-метилфуран, относящиеся к 2 классу опасности;

-толуол, относящийся к 3 классу опасности;

-ацетон и пентан, относящиеся к 4 классу опасности.

В состав газовой фазы продуктов термической деструкции древесины сосны, обработанной огнезащитными составами, входят:

толуол,

ксилол,

трет- бутанол,

2-этокси-2-метилпропан,

2,4-диметилгептан, относящийся к 3 классу опасности.

Таким образом, в результате исследований состава газовой фазы дыма различных строительных отделочных материалов установлено, что при термодеструкции изученных строительных материалов, наряду с выделением из них дыма, в газовую фазу переходят токсичные органические вещества, относящиеся ко 2-4 классам опасности.

Таким образом, результаты исследований показывает, что в документах противопожарного нормирования и стандартизации не только целесообразно, но и необходимо учитывать как опасность образования значительного количества дыма, так и токсичность сопровождающей его газовой фазы.

пожар газообразный продукт дымообразование

Заключение

Опасности и угрозы всегда указывают на взаимодействие двух сторон:

- той, которая выступает источником и носителем опасности (явление, процесс, субъект, объект);

- той, на которую направлена опасность или угроза - объект, субъект;

Источники опасности - это условия или факторы, которые таят в себе и при определенных условиях сами по себе (либо в различной совокупности) проявляют или обнаруживают враждебные намерения, реальные или потенциально вредные действия. Источники опасности по своей сути имеют естественно-природное (земное), космическое, техническое и социально- экономическое происхождение.

Известно, что объект - философская категория, выражающая то, что противостоит субъекту в его предметно-практической или познавательной деятельности, т.е. обладает нулевым значением суверенитета.

Субъект же - это носитель предметно-практической деятельности и познания (индивид, социальная группа, государство и т.д.), источник активности, направленной на объект и обладает максимальным суверенитетом;

Объектом угроз и опасностей являются человек, общество, государство. Эта триада представляет собой целостную систему.

Человек в системе (и, прежде всего, личность - творец) является высшей целью общественно-политического и социально-экономического развития страны.

Общество - это социальная среда, включающая реальные условия всестороннего развития творчества личности в системе общественных отношений.

Государство представляет собой организационно-политический механизм реализации общественных отношений и обеспечения гарантии и прав граждан в определенных рамках морали и нравственности. Государство должно возвышаться над личностью, так как его задача - создать механизм, чтобы творческое развитие личности на самом деле было высшей национальной целью, с одной стороны, но с другой - государство является владельцем (носителем) живого капитала.

Объектами угроз в государственном масштабе являются практически все сферы жизнедеятельности общества. В любой из них существуют специфические особенности опасности и угроз.

Человек выступает как объект и субъект опасностей и угроз. Диапазон проявлений человеческой сущности многообразен и противоречив. В ней необъяснимо уживаются эгоизм, иррациональность, агрессивность с отрицающими их подвижничеством, жертвенностью, благодеянием. Современный человек не торопится расставаться со своими пороками, выйти за рамки субъективного, индивидуально-алчного мира.

Известно, что мир представляется человеку в виде объективной и субъективной реальности. Человек преобразует природу и изменяет ее сам. Отсюда вывод, что человек одновременно является и субъектом толкования мира и его объектом.

Известное стремление человека жить лучше не получило еще необходимого приложения. Человек пока остается носителем различных по виду опасностей и угроз, регулятором "безопасности".

Таким образом, человек прямо или опосредованно включен в разнообразную, сложноорганизованную систему отношений и процессов, выполняя в них активно-созидательную, пассивно-созерцательную или разрушительную роль.

Список литературы

1. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования. -М.: Издательство стандартов, 1992.-78 с.

2. Драйздел Д. Введение в динамику пожара.-М.: Стройиздат, 1990. - 420 с.

3. Кошмаров Ю. А. Прогнозирование опасных факторов пожара в помещении: Учебное пособие. - М.: Академия ГПС МВД России, 2000. 118 с.

4. Чешко И.Д. Экспертиза пожаров (объекты ,методы, методики исследоания). - СПб.: СПбИПБ МВД РФ, 1997.

Размещено на Allbest.ru