KURS PPOŻ - spostrowy
advertisement
KURS PPOŻ. - ZAKOPANE CO TO JEST “POŻAR”? Pożar jest procesem utleniania się materiałów palnych, czyli łączenia się materiałów palnych z tlenem. Ten proces utleniania przebiega w sposób gwałtowny. Utlenianie jest zjawiskiem bardzo powszechnie występującym w przyrodzie. Polega ono na egzotermicznej (z wydzielaniem ciepła) reakcji materiału z tlenem (np. rdzewienie metali, butwienie związków organicznych, itp.). Szybkość utleniania wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Spalanie jest więc skomplikowanym procesem fizyko-chemicznym. Podczas spalania spotykamy się z wydzielaniem ciepła, światła oraz produktów spalania w postaci dymu i popiołów. Łączenie się materiału palnego z tlenem jest poprzedzone termicznym rozpadem cząsteczek na atomy, które łatwiej wchodzą w reakcje; znane są one pod nazwą “wolnych atomów”. Rozpad ten wymaga pewnej minimalnej temperatury, zwanej temperaturą zapłonu. Aby kontynuować proces palenia, musimy ciągle dostarczać nowego paliwa-materiału palnego. Obydwa czynniki - paliwo (materiał palny) i utleniacz (tlen) - muszą być dostarczone w ilościach wystarczających do prowadzenia tego procesu oraz w odpowiednich proporcjach. Postęp tej reakcji w wielu kierunkach zależy od stanu skupienia materiału palnego, jego reaktywności, stężenia tlenu w atmosferze oraz od innych czynników (wilgotność, rozdrobnienie materiału palnego ...). Możemy wyróżnić dwa rodzaje palenia się: płomieniowe i bezpłomieniowe. Spalanie bezpłomieniowe, tzw. żarzenie się, jest przykładem powolnego utleniania się, podczas którego materiał palny znajduje się w stanie stałym. Spalanie płomieniowe jest przykładem szybszego utleniania się, podczas którego materiał palny jest gazem lub parą. Stąd już krok do sformułowania bardzo prostej i obejmującej całość zagadnienia definicji pożaru. Mianowicie pożar jest niekontrolowanym procesem palenia się, występującym w miejscu do tego nie przeznaczonym, rozprzestrzeniającym się w sposób niekontrolowany, powodującym zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi i zwierząt oraz straty materialne. Do cech charakterystycznych pożaru zaliczyć możemy: możliwość występowania wysokiej temperatury, wysokie promieniowanie cieplne, wydzielanie się dużych ilości produktów spalania, niekontrolowane rozprzestrzenianie się ognia. Z pożarem związane są zawsze trzy podstawowe czynniki: materiał palny, ciepło (bodziec energetyczny, energia aktywacji) i utleniacz (najczęściej jest to tlen, i o tego typu pożarach będziemy mówić). Wzajemne zależności pomiędzy tymi czynnikami, określające przebieg procesu palenia, można przedstawić symbolami w postaci tzw. trójkąta pożaru, którego boki przedstawiają materiał palny, ciepło i utleniacz. Przedstawiony tutaj “trójkąt pożaru” stanowi podstawę do dalszych rozważań obejmujących przyczyny powstawania i rozprzestrzeniania się pożaru, a także zagadnienia związane ze środkami gaśniczymi. Współistnienie tych trzech czynników w jednym miejscu, w jednym czasie i w odpowiednich proporcjach warunkuje zapoczątkowanie i rozwój pożaru. Stąd łatwo można wywnioskować, że brak któregokolwiek z tych czynników spowoduje przerwanie procesu palenia, czyli przerwanie łańcuchowej reakcji spalania, co będzie równoznaczne z ugaszeniem pożaru. Jak już wspomniałem, pierwszym z niezbędnych do powstania i rozwoju pożaru elementów jest materiał palny, który może występować w stanie skupienia stałym, ciekłym lub gazowym. Stałe materiały palne mogą także występować w różnych stopniach rozdrobnienia. Drugim z niezbędnych elementów jest utleniacz. Jak już zaznaczyłem, ograniczymy się do tlenu. Tlen atmosferyczny jest czynnikiem podtrzymującym palenie w przeważającej ilości występujących pożarów. Tlen jest pierwiastkiem chemicznym, występującym w normalnych warunkach w postaci gazu. Łatwo wchodzi w reakcje chemiczne z innymi pierwiastkami i związkami. W atmosferze ziemskiej jest ponad 20% tlenu. Dzięki niemu istnieje życie na ziemi, i jak już wspomniano - to on podtrzymuje palenie. Trzecim z niezbędnych do zapoczątkowania i podtrzymywania procesu palenia jest ciepło. Ciepło umożliwia osiągnięcie przez materiał palny odpowiedniej temperatury, która warunkuje przebieg reakcji spalania. Ciepło (energia cieplna) może rozprzestrzeniać się poprzez: - unoszenie, czyli przemieszczanie za pośrednictwem cząstek nagrzanego powietrza, - przewodzenie, czyli poprzez nagrzewanie się kolejnych części materiałów, - promieniowanie. W zależności od rodzaju materiału palnego, jego stanu skupienia oraz jego rozdrobnienia różna jest ilość ciepła, czyli niezbędna do zapoczątkowania procesu palenia wielkość bodźca energetycznego. Inicjowanie procesu spalania: Zapalenie Zapłon Samozapalenie Zapalenie polega na równomiernym ogrzaniu materiału palnego do takiej temperatury, w której zapali się on samorzutnie w całej masie bez udziału tzw. punktowego bodźca energetycznego. Zapłon to zapalenie cieczy palnej punktowym bodźcem energetycznym (dzieje się to w ograniczonej przestrzeni a czoło płomienia przemieszcza się następnie już samoczynnie na całą pozostałość mieszaniny) – dotyczy tylko cieczy palnych. Samozapalenie - proces zachodzącym w wyniku procesów biologicznych lub fizycznych i chemicznych (egzotermicznych) materiałów, przy czym samonagrzewanie się materiałów a następnie ich zapalenie następuje bez zewnętrznego bodźca termicznego (np. samozapalenie zestogowanych płodów rolnych, samozapalenie w wyniku egzotermicznej reakcji chemicznej itp.). Temperatura zapalenia jest to najniższa temperatura materiału, który ogrzewany strumieniem ciepła dostarczonym z zewnątrz w wyniku rozkładu termicznego wydziela palną fazę lotną o stężeniu umożliwiającym jego zapalenie się, tzn. samorzutne pojawienie się płomienia. Temperatura zapłonu jest to najniższa temperatura cieczy ogrzewanej w ściśle określony sposób, której pary tworzą z powietrzem mieszaninę zapalającą się przy zbliżeniu płomienia. Temperatura zapłonu charakteryzuje tylko ciecze palne. JAK DZIELIMY POŻARY? Obecnie stosowany jest podział pożarów na cztery grupy, które przedstawiono w poniższej tabeli: GRUPA POŻARÓW OKREŚLENIE RODZAJU POŻARÓW A Pożary ciał stałych pochodzenia organicznego, podczas spalania których występuje zjawisko żarzenia się (drewno, papier, węgiel ...). B Pożary cieczy palnych i ciał stałych topiących się podczas palenia (benzyna, nafta, rozpuszczalniki, alkohole ...). C Pożary gazów (metan, gaz ziemny, acetylen...). D Pożary metali (sód, potas, magnez ...). Oprócz tych grup stosowany jest jeszcze symbol E oznaczający pożar z grup A, B, C lub D występujący w obrębie urządzeń elektrycznych pod napięciem. ZJAWISKA TOWARZYSZĄCE PROCESOWI SPALANIA Wymiana ciepła w środowisku pożarniczym Istnieją trzy podstawowe mechanizmy transportu ciepła w środowisku pożarniczym: przewodzenie - kondukcja unoszenie - konwekcja promieniowanie - radiacja Wymiana cieplna - ruch ciała w danej przestrzeni zachodzący w skutek istnienia różnicy temperatur Wymiana cieplna może być ustalona (temperatura zależy od położenia punktu w przestrzeni) i nieustalona (zależy także od czasu ). Wymiana ciepła może odbywać się w wyniku przewodzenia, promieniowania, konwekcji, wnikania lub w sposób złożony np.: przenikanie. Przewodzenie ciepła - kondukcja Jest to wymiana ciepła polegająca na przekazywaniu energii cieplnej między punktami ośrodka, bez przemieszczania jego elementów w kierunku zmiany temperatury i bez udziału sił elektromagnetycznych w ten sposób występuje np.: w szybie okiennej w ścianie budynku. Przewodzone ciepło określa szybkość przewodzenia ciepła w ciałach stałych. J to ważny element biorąc pod uwagę zapalność i szybkość rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni ciał starych, czyli w początku pierwszej fazy pożaru. Przewodnictwo ciepła decyduje o tym jak szybko materiał ogrzewa się, rozkłada termicznie itd. Przewodnictwo ciepła jest również istotne przy obliczaniu odporności ogniowej elementów budowlanych. Promieniowanie cieplne - radiacja Promieniowanie jest dominującym i zasadniczym sposobem przenoszenia ciepła przy pożarach. W skutek oddziaływania na materiał strumień ciepła promieniowania, ulegają one ogrzaniu i w konsekwencji dalszym przemianom aż do wystąpienia zapalenia. Promieniowanie warunkuje również ciągłość spalania materiałów i jest ono odpowiedzial za szybkość rozwoju pożarów na otwartych przestrzeniach np.: pożarów lasów oraz za ogrzewanie budynków. Powstała ilość ciepła wydzielonego w płomieniach jest przenoszona do otoczenia drogą promieniowania. Jest to wymiana cieplna polegająca na emitowaniu fal elektromagnetycznych o długości 0,8 -40 (im (promieniowanie podczerwone ). Strumień energii cieplnej wymienionej przez promieniowanie zależy od różnicy temperatury źródła promieniowania i powierzchni odbierającej ciepło. Konwekcja - unoszenie się ciepła. Jest to wymiana ciepła polegająca na przepływie ciepła spowodowanym naturalnym lub wymuszonym przemieszczaniu się płynu (gazu lub cieczy). Konwekcja naturalna jest wywołana różnicą gęstości płynu powstały np.: wskutek różnicy temperatu w polu grawitacyjnym. Konwekcja wymuszona jest wywołana działaniem sił zewnętrznych. Konwekcyjne przenoszenie ciepła ma miejsce we wszystkich fazach rozwoju pożaru, ale szczególn istotna jest w tej fazie pożaru gdzie strumień ciepła promieniowania jest bardzo mały. Wymiana ciep przez konwekcję naturalną występuje np.: w przestrzeni pokoju. Wnikanie ciepła - jest to wymiana ciepła między ciałem stałym a płynem będącym w ruchu np.: wnikanie ciepła od strony rur podgrzewacza do płynącej w nich wody. Produkty spalania Produktami spalania nazywamy pary, gazy i ciała stałe powstałe w wyniku procesów spalania. W warunkach pożarowych produkty spalania o różnych stanach skupienia współdziałają ze sobą w obszarze spalania i przenoszenia się ciepła. Wydzielanie się produktów spalania podczas pożaru stanowi niebezpieczeństwo ze względu na: ograniczenie widoczności utrudnienie oddychania spowodowane ich działaniem toksycznym oraz występującym niedoborem tlenu działanie termiczne (wysoka temperatura mogąca uszkodzić układ oddechowy). Wszystkie te czynniki ograniczają czas ewakuacji i powodują ogromne trudności podczas ak ratowniczej. Agresywność chemiczną produktów spalania powodują także wtórne straty z samego działania ognia. Produkty spalania dzielą się na produkty całkowitego spalania i produkty niecałkowitego spalania. Produkty całkowitego spalania Produktami całkowitego spalania nazywa się produkty powstałe podczas spalania, nie mające zdolności do dalszego utleniania w warunkach, w których były otrzymane np.: C02, H20,S02,P205. Produkty niecałkowitego spalania. Produktami niecałkowitego spalania nazywa się produkty powstałe podczas spalania przebiegającego przy ograniczonym dostępie powietrza np.: CO, P 2O3 itp. Dym Dym definiuje się jako gazowe produkty spalania materiałów organicznych, w których rozproszone są małe cząsteczki gazowe i ciekłe. Sposób tworzenia się dymu jest następujący: cząs dymu powstają w wyniku niecałkowitego spalania. Powstają one zarówno podczas spalania płomieniowego jak i bezpłomieniowego (tlenia). Dym tworzący się podczas spalania płomieniowego składa się przede wszystkim ze stałych cząstek węgla (sadzy). Część cząstek sadzy powstaje prze oblepienie ciekłych produktów spalania w warunkach oddziaływania wysokoenergetycznego strumienia ciepła płomienia. Większość jednak cząstek sadzy tworzące się w fazie gazowej powsta jako wynik niecałkowitego spalania, wysokiej temperatury. Ilość tworzącego się dym jest zależna od wielu czynników. Najważniejszym jest chemiczna budowa paliwa np.: małe ilości CO, HCOH, HCOOH, CHaOH spalają się dając płomień nieświecący, bez cząstek dymu. Inne paliwa w identycznych warunkach dają gęstość dymu zależną od ich budowy np.: proste łańcuchowe węglowodory (alifatyczne) dają znacznie mniej dymu niż węglowodory aromatyczne. Intensywność dymienia materiału zależy również od szybkości rozkładu termicznego i szybkości zapalenia, składu chemicznego podstawowego składnika oraz rodzaju dodatków: wypełniacz i materiał ognioodporny Materiały, które mają w cząsteczce tlen dają podczas spalania mniejsze ilości dymu np.: drewno (stężenie tlenu ok. 40 - 50 %) dają znacznie mniej dymu niż węglowodory. Powstawanie strefy zadymienia Podczas pożaru dum mieszając się z powietrzem może rozprzestrzeniać się na znaczne odległości i wypełniać duże pomieszczenia. Strefą zadymienia nazywamy te odcinki, w ramach których produkty spalania i rozkładu wywierają istotny wpływ na sytuację pożaru. Strefa zadymienia według definicji to przestrzeń podsufitowa, która jest zapełniona dymem aerozolowym, w takim stężeniu, które stwarza zagrożenie zdrowiu lub życiu ludzi, którzy w przebywają. Dym to faza produktów rozkładu termicznego i spalania materiału rozpraszająca światł składającego się z cząstek które stanowić mogą kropelki cieczy, fragmenty gazowe i ciekłe. Strefa charakteryzuje się tym, że jej temperatura jest zdecydowanie wyższa niż powietrza przy podłodze gdzie często powietrze jest przezroczyste. Jeżeli pomieszczenie nie posiada otworów okiennych, a drzwi do niego są zamknięte gazy i dym wypełniają całe pomieszczenie tłumiąc tym samym rozwój pożaru poprzez redukcję tlenu w powietrzu, ale stwarzając nowe zagrożenie jak np.: wsteczny ciąg płomieni. W warunkach pożarów zewnętrznych położenie strefy zadymienia zależy od rozmiaru powierzchni pożaru i warunków atmosferycznych. Parametrami określającymi strefę zadymienia są 1. stężenie tlenu, które nie może być niższe od 12%, gdyż już tak niskie stężenie wywołuje głód tlenowy. 2. ilość toksycznych produktów spalania i pirolizy 3. stopień widoczności (zasięg). ZAGROŻENIE WYBUCHEM DOLNA GRANICA WYBUCHOWOŚCI – minimalna zawartość składnika palnego w mieszaninie z powietrzem, przy której zapłon jest już możliwy GÓRNA GRANICA WYBUCHOWOŚCI – maksymalna zawartość składnika palnego w mieszaninie powietrzem, przy której zapłon jest jeszcze możliwy Ocena zagrożenia wybuchem pomieszczeń oraz przestrzeni zewnętrznych obejmuje wskazanie pomieszczeń zagrożonych wybuchem, a także wyznaczenie w pomieszczeniach i przestrzeniach zewnętrznych odpowiednich stref zagrożenia wybuchem. Za dokonanie powyższej oceny są odpowiedzialni: inwestor, jednostka projektowania lub użytkownik decydujący o procesie technologicznym. W pomieszczeniu należy wyznaczyć strefę zagrożenia wybuchem, jeżeli może w nim wystąpić mieszanina wybuchowa o objętości co najmniej 0,01 m 3 w zwartej przestrzeni. Klasyfikacja stref zagrożenia wybuchem: Z0 - strefa, w której mieszanina wybuchowa gazów, par lub mgieł występuje stale lub długotrwale w normalnych warunkach pracy, Z1 - strefa, w której mieszanina wybuchowa gazów, par lub mgieł może występować w normalnych warunkach pracy, Z2 - strefa, w której istnieje niewielkie prawdopodobieństwo wystąpienia mieszaniny wybuchowej gazów, par lub mgieł, przy czym mieszanina wybuchowa może występować jedynie krótkotrwale, Z10 - strefa, w której mieszanina wybuchowa pyłów występuje często lub długotrwale w normalnych warunkach pracy, Z11 - strefa, w której zalegające pyły mogą krótkotrwale stworzyć mieszaninę wybuchową wskutek przypadkowego zawirowania powietrza. GRANICE WYBUCHOWOŚCI NIEKTÓRYCH SUBSTANCJI Nazwa substancji Granice wybuchowości (% obj) dolna górna Aceton 2,1 13,0 Acetylen 2.3 82.0 Alkohol etylowy 3,1 20,0 Alkohol metylowy 5,5 36.5 Amoniak 15,0 28,0 Benzyna samochodowa 0.8 7,6 n-Butan 1,5 8.5 Chlorobenzen 1,3 1 1 ,0 Dwusiarczek węgla 1,0 50,0 Etan 3,0 15,5 Eter etylowy 1,6 48.0 Etylen 2,7 34,0 Gaz miejski 5,3 Gaz ziemny 4,3 15,0 Metan 4,9 15,4 Propan 2,1 95.0 40,0 Siarkowodór 4,3 45,5 Terpentyna 0,8 6.0 Tlenek etylenu 3,0 100.0 Tlenek węgla 12.5 75,0 Wodór 4,0 75,0 PODZIAŁ PAR l GAZÓW Z UWAGI NA GĘSTOŚĆ W STOSUNKU DO POWIETRZU Gęstość względem powietrza Określenie Przykłady dp > 0,8 gazy unoszące się do góry wodór, metan, amoniak, gaz miejski, gaz wodny, 0,8 < dp < 1,1 gazy palne rozchodzące się we wszystkich kierunkach acetylen, tlenek węgla, etan, etylen, cyjanowodór 1,1 < dp gazy palne i pary cieczy łatwo zapalnych opadające i pełzające gazy o masie cząsteczkowej pow. 32 i pary wszystkich cieczy
