для основных горючих материалов

Таблица 1

Линейная скорость распространения пламени по поверхности материалов

Материал	Линейная скорость распространения пламени по поверхности Х10 2 м·с -1
1. Угары текстильного производства в разрыхленном состоянии
3. Хлопок разрыхленный
4. Лен разрыхленный
5. Хлопок+капрон (3:1)
6. Древесина в штабелях при влажности, %:
7. Подвешенные ворсистые ткани
8. Текстильные изделия в закрытом складе при загрузке 100 от м -2
9. Бумага в рулонах в закрытом складе при загрузке 140 от м 2
10. Синтетический каучук в закрытом складе при загрузке свыше 230 от м 2
11. Деревянные покрытия цехов большой площади, деревянные стены, отделанные древесно-волокнистыми плитами
12. Печные ограждающие конструкции с утеплителем из заливочного ППУ
13. Соломенные и камышитовые изделия
14. Ткани (холст, байка, бязь):
по горизонтали
в вертикальном направлении
в направлении, нормальном к поверхности тканей, при расстоянии между ними 0,2 м
15. Листовой ППУ
16. Резинотехнические изделия в штабелях
17. Синтетическое покрытие “Скортон” при Т= 180°С
18. Торфоплиты в штабелях
19. Кабель ААШв1х120; АПВГЭЗх35+1х25; АВВГЗх35+1х25:
в горизонтальном тоннели сверху вниз при расстоянии между полками 0,2 м
в горизонтальном направлении
в вертикальном тоннели в горизонтальном направлении при расстоянии между рядами 0,2-0,4

Таблица 2

Средняя скорость выгорания и низшая теплота сгорания веществ и материалов

Вещества и материалы	Скорость потери массы х10 3 , кг·м -2· с -1	Низшая теплота сгорания, кДж·кг -1
Диэтиловый спирт
Дизельное топливо
Этиловый спирт
Турбинное масло (ТП-22)
Изопропиловый спирт
Изопентан
Натрий металлический
Древесина (бруски) 13,7 %
Древесина (мебель в жилых и административных зданиях 8-10%)
Бумага разрыхленная
Бумага (книги, журналы)
Книги на деревянных стеллажах
Кинопленка триацетатная
Карболитовые изделия
Каучук CKC
Каучук натуральный
Органическое стекло
Полистирол
Текстолит
Пенополиуретан
Волокно штапельное
Полиэтилен
Полипропилен
Хлопок в тюках 190 кгх м -3
Хлопок разрыхленный
Лен разрыхленный
Хлопок+капрон (3:1)

Таблица 3

Дымообразующая способность веществ и материалов

Вещество или материал	Дымообразующая способность, Д m , Нп. м 2. кг -1
Бутиловый спирт
Бензин А-76
Этилацетат
Циклогексан
Дизельное топливо
Древесина
Древесное волокно (береза, сосна)
ДСП ГОСТ 10632-77
Фанера ГОСТ 3916-65
Древесноволокнистая плита (ДВП)
Линолеум ПВХ ТУ 21-29-76-79
Стеклопластик ТУ 6-11-10-62-81
Полиэтилен ГОСТ 16337-70
Табак «Юбилейный» 1 сорт, вл.13%
Пенопласт ПВХ-9 СТУ 14-07-41-64
Пенопласт ПС-1-200
Резина ТУ 38-5-12-06-68
Полиэтилен высокого давления ПЭВФ
Пленка ПВХ марки ПДО-15
Пленка марки ПДСО-12
Турбинное масло
Лен разрыхленный
Ткань вискозная
Атлас декоративный
Ткань мебельная полушерстяная
Полотно палаточное

Таблица 4

Удельный выход (потребление) газов при горении веществ и материалов

Вещество или материал	Удельный выход (потребление) газов, L i , кг. кг -1
Хлопок + капрон (3:1)
Турбинное масло ТП-22
Кабели АВВГ
Кабель АПВГ
Древесина
Древесина, огнезащищенная препаратом СДФ-552

При исследовании пожаров линейная скорость распространения фронта пламени определяется во всех случаях, так как она используется для получения данных об усредненной скорости распространения горения на типичных объектах. Распространение горения от первоначального места возникновения в различных направлениях может происходить с неодинаковой скоростью. Максимальная скорость распространения горения обычно наблюдается: при движении фронта пламени в сторону проемов, через которые осуществляется газообмен; по пожарной нагрузке, имеющей высокий коэффициент поверхности горения; по направлению ветра. Поэтому за скорость распространения горения в исследуемом промежутке времени принимается скорость распространения в том направлении, на котором она является максимальной. Зная расстояние от места возникновения горения до границы фронта пожара на любой момент времени, можно определить скорость его перемещения. Учитывая, что скорость распространения горения зависит от многих факторов, определение её значения ведется при соблюдении следующих условий (ограничений):

1) огонь от очага воспламенения распространяется по всем направлениям с одинаковой скоростью. Поэтому первоначально пожар имеет круговую форму и его площадь можно определить по формуле

S п = ·p · L 2 ; (2)

где k - коэффициент, учитывающий величину угла , в направлении которого происходит распространение пламени; k = 1, если = 360º (прил. 2.1.); k = 0,5 , если α = 180º (прил. 2.3.); k = 0,25 , если α = 90º (прил. 2.4.); L - путь, пройденный пламенем за время τ.

2) при достижении пламенем границ горючей нагрузки или ограждающих стен здания (помещения), фронт горения спрямляется и распространение пламени идет вдоль границы горючей нагрузки или стен здания (помещения);

3) линейная скорость распространения пламени по твердым горючим материалам с развитием пожара меняется:

в первые 10 мин свободного развития пожара V л принимают равной половине ,

после 10 мин - нормативные значения ,

с начала воздействия огнетушащими средствами на зону горения до локализации пожара, используемую в расчете уменьшают в два раза.

4) при горении разрыхленных волокнистых материалов, пыли и жидкостей, линейная скорость распространения горения определяется в интервалах от момента возникновения горения до введения огнетушащих средств на тушение.

Реже определяется скорость распространения горения во время локализации пожара. Эта скорость зависит от обстановки на пожаре, интенсивности подачи огнетушащих веществ (ОТВ) и т. д.

Линейная скорость распространения горения, как при свободном развитии пожара, так и при его локализации, определяется из соотношения

где ΔL – путь, пройденный пламенем за время Δτ, м.

Средние значения V л при пожарах на различных объектах приведены в прил. 1.

При определении скорости распространения горения в период локализации пожара измеряется расстояние, пройденное фронтом горения за время с момента введения первого ствола (на путях распространения горения) до локализации пожара, т.е. когда прирост площади пожара становится равным нулю. Если линейные размеры по схемам и описанию установить не удается, то линейную скорость распространения горения можно определить по формулам круговой площади пожара, а для прямоугольного развития пожара - по скорости роста площади пожара, с учетом того что, то площадь пожара увеличивается по линейной зависимости, и S п = n . a . L (n - число направлений развития пожара, a - ширина площади пожара помещения.

На основании полученных данных значений линейной скорости распространения горения V л (табл. 2.) строится график V л = f (τ) и делаются выводы о характере развития пожара и влиянии на него фактора тушения, (рис. 3.).

Рис. 3. Изменение линейной скорости распространения горения во времени

Из графика (рис. 3.) видно, что в начале развития пожара линейная скорость распространения горения была незначительной, и пожар мог быть ликвидирован силами добровольных пожарных формирований. Спустя 10 мин. после возникновения пожара интенсивность распространения горения резко увеличилась и в 15 ч. 25 мин. линейная скорость распространения горения достигла своего максимального значения. После введения стволов на тушение, развитие пожара замедлилось и к моменту локализации скорость распространения фронта пламени стала равна нулю. Следовательно, были выполнены необходимые и достаточные условия для прекращения распространения пожара:

I ф ≥ I норм

V л, V s п = 0, сил и средств достаточно.

Административные здания................................................................................... 1,0 1,5

Библиотеки, книгохранилища, архивохранилища............................................. 0,5 1,0

Деревообрабатывающие предприятия:

Лесопильные цехи (здания I, II, III степени огнестойкости) .................... 1,0 3,0

То же (здания IV и V степени огнестойкости.............................................. 2,0 5,0

Сушилки............................................................................................................. 2,0 2,5

Заготовительные цехи...................................................................................... 1,0 1,5

Производства фанеры....................................................................................... 0,8 1,5

помещения других цехов...................................................................................... 0,8 1,0

Жилые дома............................................................................................................ 0,5 0,8

Коридоры и галереи............................................................................................... 4,0 5,0

Кабельные сооружения (горение кабелей) ......................................................... 0,8 1,1

Лесные массивы (скорость ветра 7 10 м/с и влажность 40%):

Рада-сосняк сфагновый...................................................................................... до 1,4

Ельник-долгомошник и зеленомошник............................................................ до 4,2

Сосняк-зеленомошник (ягодник) ..................................................................... до 14,2

Сосняк бор-беломошник................................................................................... до 18,0

растительность, лесная подстилка, подрост,

древостой при верховых пожарах и скорости ветра, м/с:

8 9 ........................................................................................................................ до 42

10 12 .................................................................................................................... до 83

то же по кромке на флангах и в тылу при скорости ветра, м/с:

8 9 .......................................................................................................................... 4 7

Музеи и выставки.................................................................................................. 1,0 1,5

Объекты транспорта:

Гаражи, трамвайные и троллейбусные депо................................................. 0,5 1,0

Ремонтные залы ангаров................................................................................. 1,0 1,5

Морские и речные суда:

Сгораемая надстройка при внутреннем пожаре............................................ 1,2 2,7

То же при наружном пожаре........................................................................... 2,0 6,0

Внутренние пожары надстройки при наличии

синтетической отделки и открытых проемов..................................................... 1,0 2,0

Пенополиуретан

Предприятия текстильной промышленности:

Помещения текстильного производства........................................................ 0,5 1,0

Тоже при наличии на конструкциях слоя пыли............................................ 1,0 2,0

волокнистые материалы во взрыхленном состоянии........................................ 7,0 8,0

Сгораемые покрытия больших площадей (включая пустотные) ..................... 1,7 3,2

Сгораемые конструкции крыш и чердаков......................................................... 1,5 2,0

Торфа в штабелях................................................................................................. 0,8 1,0

Льноволокна.......................................................................................................... 3,0 5,6

Текстильных изделий........................................................................................... 0,3 0,4

Бумаги в рулонах................................................................................................. 0,3 0,4

Резино-технических изделий (в здании)....................................................... 0,4 1,0

Резино-технических изделий (в штабелях на

открытой площадке) ............................................................................................. 1,0 1,2

Каучука.............................................................................................................. 0,6 1,0

Лесопиломатериалов:

Круглого леса в штабелях................................................................................ 0,4 1,0

пиломатериалов (досок) в штабелях при влажности, %:

До 16 .......................................................................................................................... 4,0

16 18 ........................................................................................................................ 2,3

18 20 ........................................................................................................................ 1,6

20 30 ........................................................................................................................ 1,2

Более 30 ..................................................................................................................... 1,0

куч балансовой древесины при влажности, %:

До 40 .................................................................................................................. 0,6 1,0

более 40 ................................................................................................................. 0,15 02

Сушильные отделения кожзаводов...................................................................... 1,5 2,2

Сельские населенные пункты:

Жилая зона при плотной застройке зданиями V степени

огнестойкости, сухой погоде и сильном ветре.................................................... 20 25

Соломенные крыши зданий............................................................................. 2,0 4,0

Подстилка в животноводческих помещениях............................................... 1,5 4,0

Степные пожары при высоком и густом травянистом

покрове, а также зерновые культуры при сухой погоде

и сильном ветре................................................................................................... 400 600

Степные пожары при низкой редкой растительности

и тихой погоде.......................................................................................................... 15 18

Театры и дворцы культуры (сцена) ..................................................................... 1,0 3,0

Торговые предприятия, склады и базы

товароматериальных ценностей........................................................................... 0,5 1,2

Типографии............................................................................................................. 0,5 0,8

Фрезерный торф (на полях добычи) при скорости ветра, м/с:

10 14 ................................................................................................................. 8,0 10

18 20 .................................................................................................................. 18 20

Холодильники........................................................................................................ 0,5 0,7

Школы, лечебные учреждения:

Здания I и II степени огнестойкости.............................................................. 0,6 1,0

Здания III и IV степени огнестойкости......................................................... 2,0 3,0

Приложение 8

(Справочное)

Интенсивность подачи воды при тушении пожаров, л/м 2 с.

Административные здания:

V – степени огнестойкости.......................................................................... 0,15

подвальные помещения................................................................................ 0,1

чердачные помещения.................................................. 0,1

Ангары, гаражи, мастерские, трамвайные

и троллейбусные депо................................................................................... 0,2

Больницы; ...................................................................................................... 0,1

Жилые дома и подсобные постройки:

I – III степени огнестойкости....................................................................... 0,06

IV – степени огнестойкости......................................................................... 0,1

V – степени огнестойкости........................................................................... 0,15

подвальные помещения................................................................................. 0,15

чердачные помещения; ................................................................................. 0,15

Животноводческие здания:

I – III степени огнестойкости....................................................................... 0,1

IV – степени огнестойкости......................................................................... 0,15

V – степени огнестойкости........................................................................... 0,2

Культурно-зрелищные учреждения (театры,

кинотеатры, клубы, дворцы культуры):

· Сцена......................................................................................................... 0,2

· зрительный зал......................................................................................... 0,15

· подсобные помещения............................................................................. 0,15

Мельницы и элеваторы................................................................................. 0,14

Производственные здания:

I – II степени огнестойкости.................................................................. 0,15

III – степени огнестойкости................................................................... 0,2

IV – V степени огнестойкости............................................................... 0,25

окрасочные цеха............................................................................................ 0,2

Подвальные помещения........................................................................... 0,3

Чердачные помещения............................................................................. 0,15

· сгораемые покрытия больших площадей:

При тушении снизу внутри здания......................................................... 0,15

При тушении снаружи со стороны покрытия....................................... 0,08

При тушении снаружи при развившемся пожаре................................. 0,15

Строящиеся здания0,1

Торговые предприятия и склады

товароматериальных ценностей................................................................... 0,2

Холодильники................................................................................................ 0,1

Электростанции и подстанции:

· кабельные тунели и полуэтажи

(подача тонкораспыленной воды) ............................................................... 0,2

· машинные залы и котельные отделения................................................ 0,2

· галереи топливоподачи........................................................................... 0,1

· трансформаторы, реакторы, масляные

выключатели (подача тонкораспыленной воды)........................................ 0,1

пожар химический боевой управление

Скорость роста площади пожара представляет собой прирост площади пожара за промежуток времени и зависит от скорости распространения горения, формы площади пожара и эффективности ведения боевых действий. Она определяется по формуле:

где: V sn - скорость роста площади пожара, м 2 /мин; ДS n - разность между последующими и предыдущими значениями площади пожара, м 2 ; Дф - интервал времени, мин.

333 м 2 /мин

2000 м 2 /мин

2222 м 2 /мин

Рис 2.

Вывод по графику: Из графика видно, что очень большая скорость развития пожара возникала в начальный период времени, это объясняется свойствами горящего материала (ЛВЖ-ацетон). Разлившийся ацетон быстро достиг пределов помещения и пожар развитие пожара ограничилось противопожарными стенами. Снижению скорости развития пожара способствовало быстрое введение мощных водяных стволов и правильные действия персонала участка (приведен в действие аварийный слив и запущена система пожаротушения не сработавшая в автоматическом режиме, отключена приточная вентиляция).

Определение линейной скорости распространения горения

При исследовании пожаров линейная скорость распространения фронта пламени определяется во всех случаях, так как она используется для получения данных об усредненной скорости распространения горения на типичных объектах. Распространение горения от первоначального места возникновения в различных направлениях может происходить с неодинаковой скоростью. Максимальная скорость распространения горения обычно наблюдается: при движении фронта пламени в сторону проемов, через которые осуществляется газообмен; по пожарной нагрузке

Эта скорость зависит от обстановки на пожаре, интенсивности подачи огнетушащих веществ (ОТВ) и т.д.

Линейная скорость распространения горения, как при свободном развитии пожара, так и при его локализации, определяется из соотношения:

где: L - расстояние, пройденное фронтом горения в исследуемом промежутке времени, м;

ф 2 - ф 1 - промежуток времени, в котором замерялось расстояние, пройденное фронтом горения, мин.

Над поверхностью жидкого или твердого вещества при любой температуре существует паровоздушная смесь, давление которой в состоянии равновесия определяется давлением насыщенных паров или их концентрацией. С увеличением температуры давление насыщенных паров возрастет но экспоненциальной зависимости (уравнение Клапейрона - Клаузиса):

где Р н „ - давление насыщенного пара, Па; Q„ C11 - теплота испарения, кДж/моль; Т - температура жидкости, К.

Для любой жидкости существует интервал температур, в котором концентрация насыщенных паров над зеркалом (поверхность жидкости) будет находится в области воспламенения, т.е. НКПВ

Для создания НКПВ паров достаточно нагреть до температуры, равной НТПВ, не всю жидкость, а лишь только ее поверхностный слой.

При наличии источника зажигания такая смесь будет способна к воспламенению. Па практике чаще используют понятия «температура вспышки» и «температура воспламенения».

Температура вспышки - минимальная температура жидкости, при которой над ее поверхностью образуется концентрация паров, способная к воспламенению от источника зажигания, однако скорость образования паров недостаточна для поддержания горения.

Таким образом, как при температуре вспышки, так и при нижнем температурном пределе воспламенения над поверхностью жидкости образуется нижний концентрационный предел воспламенения, однако в последнем случае НКПВ создается насыщенными парами. Поэтому температура вспышки всегда несколько выше, чем НТПВ. Хотя при температуре вспышки наблюдается кратковременное воспламенение паров, не способное перейти в устойчивое горение жидкости, тем не менее, при определенных условиях вспышка может стать причиной возникновения пожара.

Температура вспышки принята за основу классификации жидкостей на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). К ЛВЖ относятся жидкости, имеющие температуру вспышки в закрытом сосуде 61 °С и ниже, к горючим - с температурой вспышки более 61°С.

Экспериментально температуру вспышки определяют в приборах открытого и закрытого типа. В сосудах закрытого типа значения температуры вспышки всегда ниже, чем в открытом, поскольку в этом случае пары жидкости имеют возможность диффундировать в атмосферу и для создания горючей концентрации над поверхностью требуется более высокая температура.

В табл. 2.4 приведена температура вспышки некоторых жидкостей, определенных приборами открытого и закрытого типа.

Таблица 2.4

Температура вспышки разных видов жидкости при разных методах определения

Температура воспламенения - минимальная температура жидкости, при которой после воспламенения паров от источника зажигания устанавливается стационарное горение.

У легковоспламеняющихся жидкостей температура воспламенения выше, чем температура вспышки, на 1-5°, при этом, чем ниже температура вспышки, тем меньше разность между температурами воспламенения и вспышки.

У горючих жидкостей, имеющих высокую температуру вспышки, разница между этими температурами доходит до 25-35°. Между температурой вспышки в закрытом тигле и нижним температурным пределом воспламенения имеется корреляционная связь, описываемая формулой

Это соотношение справедливо при Г В(.

Существенная зависимость температур вспышки и воспламенения от условий эксперимента вызывает определенные трудности при создании расчетного метода оценки их величины. Одним из наиболее распространенных из них является полуэмпирический метод, предложенный В. И. Блиновым:

где Г вс - температура вспышки (воспламенения), К; Р нп - парциальное давление насыщенного пара жидкости при температуре вспышки (воспламенения), Па; D () - коэффициент диффузии паров жидкости, с/м 2 ; b - количество молекул кислорода, необходимое для полного окисления одной молекулы горючего; В - константа метода определения.

При расчете температуры вспышки в замкнутом сосуде рекомендуется принимать В = 28, в открытом сосуде В = 45; для расчета температуры воспламенения принимают В = 53.

Температурные пределы воспламенения могут быть рассчитаны:

По известным значениям температуры кипения

где ^н(в)’ 7/ип - соответственно нижний (верхний) температурный предел воспламенения и температура кипения, °С; k, I - параметры, значения которых зависят от вида горючей жидкости;

По известным значениям концентрационных пределов. Для этого сначала определяется концентрация насыщенных паров над поверхностью жидкости

где (р„ п - концентрация насыщенных паров, %; Р н п - давление насыщенных паров, Па; Р 0 - внешнее (атмосферное) давление, Па.

Из формулы (2.41) следует

Опеределив по значению нижнего (верхнего) предела воспламенения давление насыщенного пара, находим температуру, при которой это давление достигается. Она и является нижним (верхним) температурным пределом воспламенения.

По формуле (2.41) можно решать и обратную задачу: рассчитывать концентрационные пределы воспламенения по известным значениям температурных пределов.

Свойство пламени к самопроизвольному распространению наблюдается не только при горении смесей горючих газов с окислителем, но и при горении жидкостей и твердых веществ. При локальном воздействии тепловым источником, например открытым пламенем, жидкость будет прогреваться, возрастет скорость испарения и при достижении поверхностью жидкости температуры воспламенения в месте воздействия теплового источника произойдет зажигание паровоздушной смеси, установится устойчивое пламя, которое затем с определенной скоростью будет распространяться по поверхности и холодной части жидкости.

Что же является движущей силой распространения процесса горения, каков его механизм?

Распространение пламени по поверхности жидкости протекает в результате теплопередачи за счет излучения, конвекции и молекулярной теплопроводности от зоны пламени к поверхности зеркала жидкости.

По современным представлениям основной движущей силой распространения процесса горения является теплоизлучение от пламени. Пламя, обладая высокой температурой (более 1000°С), способно, как известно, излучать тепловую энергию. Согласно закону Стефана - Больцмана интенсивность лучистого теплового потока, отдаваемого нагретым телом, определяется соотношением

где ц я - интенсивность лучистого теплового потока, кВт/м 2 ; 8 0 - степень черноты тела (пламени) (е 0 = 0,75-Н,0); а = = 5,7 10 11 кДж/(м 2 с К 4) - постоянная Стефана - Больцмана; Г г - температура тела (пламени), К; Г 0 - температура среды, К.

Тепло, излучаясь во все стороны, частично поступает и на еще не загоревшиеся участки поверхности жидкости, прогревая их. При повышении температуры поверхностного слоя над прогретым участком процесс испарения жидкости интенсифицируется и образуется паровоздушная смесь. Как только концентрация паров жидкости превысит НКВП, произойдет ее зажигание от пламени. Затем уже этот участок поверхности жидкости начинает интенсивно прогревать соседний участок поверхности жидкости и т.д. Скорость распространения пламени по жидкости зависит от скорости прогрева поверхности жидкости лучистым тепловым потоком от пламени, т.е. от скорости образования горючей паровоздушной смеси над поверхностью жидкости, которая, в свою очередь, зависит от природы жидкости и начальной температуры.

Каждый вид жидкости имееют свою теплоту испарения и температуру вспышки. Чем выше их значения, тем более длительное время необходимо для ее прогрева до образования горючей паровоздушной смеси, тем, следовательно, ниже скорость распространения пламени. С увеличением молекулярной массы вещества в пределах одного гомологического ряда снижается давление паров упругости, возрастают теплота испарения и температура вспышки, соответственно снижается скорость распространения пламени.

Увеличение температуры жидкости повышает скорость распространения пламени, так как время, необходимое для прогрева жидкости до температуры вспышки перед зоной горения, уменьшается.

При вспышке скорость распространения пламени по зеркалу жидкости будет (по физическому смыслу) равна скорости распространения пламени по паровоздушной смеси состава, близкого к НКПВ, т.е. 4-5 см/с. При увеличении начальной температуры жидкости выше температуры вспышки скорость распространения пламени будет зависеть (аналогично скорости распространения пламени) от состава горючей смеси. Действительно, при увеличении температуры жидкости выше температуры ее вспышки концентрация паровоздушной смеси над поверхностью зеркала будет расти от НКВП до 100% (температура кипения).

Следовательно, вначале при повышении температуры жидкости от температуры вспышки до температуры, при которой над поверхностью образуются насыщенные пары, с концентрацией, равной стехиометрической (точнее, несколько выше, чем стехиометрическая), скорость распространения пламени будет нарастать. В закрытых сосудах по мере дальнейшего повышения температуры жидкости скорость распространения пламени начинает снижаться, вплоть до скорости, соответствующей верхнему температурному пределу воспламенения, при котором распространение пламени но паровоздушной смеси станет уже невозможным из-за недостатка кислорода в паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Над поверхностью же открытого резервуара концентрация паров на разных уровнях будет различной: у поверхности она будет максимальной и соответствовать концентрации насыщенного пара при данной температуре, по мере увеличения расстояния от поверхности концентрация постепенно будет снижаться из-за конвективной и молекулярной диффузии.

При температуре жидкости, близкой к температуре вспышки, скорость распространения пламени по поверхности жидкости будет равна скорости его распространения по смеси паров в воздухе на НКПВ, т.е. 3-4 см/с. При этом фронт пламени будет расположен у поверхности жидкости. При дальнейшем увеличении начальной температуры жидкости скорость распространения пламени будет расти аналогично росту нормальной скорости распространения пламени по паровоздушной смеси с увеличением ее концентрации. С максимальной скоростью пламя будет распространяться по смеси с концентрацией, близкой к стехиометрической. Следовательно, с увеличением начальной температуры жидкости выше Г стх скорость распространения пламени будет оставаться постоянной, равной максимальному значению скорости распространения горения по стехиометрической смеси или несколько больше ее (рис. 2.5). Таким образом,

Рис. 25.

1 - горение жидкости в закрытой емкости; 2 - горение жидкости в открытой емкости при изменении начальной температуры жидкости в открытой емкости в широком диапазоне температур (вплоть до температуры кипения) скорость распространения пламени будет изменяться от нескольких миллиметров до 3-4 м/с.

С максимальной скоростью пламя будет распространяться по смеси с концентрацией, близкой к стехиометрической. С увеличением температуры жидкости выше Г стх увеличится расстояние над жидкостью, на котором сформируется стехиометрическая концентрация, а скорость распространения пламени останется прежней (см. рис. 2.5). Это обстоятельство всегда надо помнить, как при организации профилактической работы, так и при тушении пожаров, когда, например, может возникнуть опасность подсоса воздуха в закрытую емкость - ее разгерметизация.

После возгорания жидкости и распространения пламени но ее поверхности устанавливается диффузионный режим ее выгорания , который характеризуется удельной массовой W rM и линейной W V Jl скоростями.

Удельная массовая скорость - масса вещества, выгорающего с единицы площади зеркала жидкости в единицу времени (кг/(м 2 *с)).

Линейная скорость - расстояние, на которое перемещается уровень зеркала жидкости в единицу времени за счет ее выгорания (м/с).

Массовая и линейная скорости выгорания взаимосвязаны через плотность жидкости р:

После воспламенения жидкости температура ее поверхности повышается от температуры воспламенения до кипения, происходит формирование прогретого слоя. В этот период скорость выгорания жидкости постепенно повышается, растет высота факела пламени в зависимости от диаметра резервуара и вида горючей жидкости. После 1-10 мин горения наступает стабилизация процесса: скорость выгорания и размеры пламени остаются в дальнейшем неизменными.

Высота и форма пламени при диффузионном горении жидкости и газа подчиняются одним и тем же закономерностям, поскольку в обоих случаях процесс горения определяется взаимной диффузией горючего и окислителя. Однако если при диффузионном горении газов скорость струи газа не зависит от процессов, протекающих в пламени, то при горении жидкости устанавливается определенная скорость выгорания, которая зависит как от термодинамических параметров жидкости, так и от условий диффузии кислорода воздуха и паров жидкости.

Между зоной горения и поверхностью жидкости устанавливается определенный тепло- и массообмен (рис. 2.6). Часть теплового потока, поступающего к поверхности жидкости q 0y затрачивается на ее нагрев до температуры кипения q ucn . Кроме того, тепло q CT на нагрев жидкости поступает от факела пламени через стенки резервуара за счет теплопроводности. При достаточно большом его диаметре величиной q CT можно прене- бречь, тогда q {) = K „ n +

Очевидно, что

где с - теплоемкость жидкости, кДжДкг-К); р - плотность жидкости, кг/м 3 ; W nc - скорость роста прогретого слоя, м/с; W Jl - линейная скорость выгорания, м/с; 0и СП - теплота парообразования, кДж/кг; Г кип - температура кипения жидкости, К.

Рис. 2.6.

Г () - начальная температура; Г кип - температура кипения;

Т г - температура горения; q KUW q Jl - соответственно конвективный и лучистый тепловые потоки; q 0 - тепловой поток, поступающий на поверхность жидкости

Из формулы (2.45) следует, что интенсивность теплового потока из зоны пламени обусловливает определенную скорость поставки горючего в эту зону, химическое взаимодействие которого с окислителем, в свою очередь, влияет на величину # 0 . В этом и состоит взаимосвязь массо- и теплообмена зоны пламени и конденсированной фазы при горении жидкостей и твердых веществ.

Оценку доли тепла от общего тепловыделения при горении жидкости, которая затрачивается на ее подготовку к горению q 0 , можно провести в следующей последовательности.

Принимая для простоты W rjl = W nx , получим

Скорость тепловыделения с единицы поверхности зеркала жидкости (удельную теплоту пожара q ll7K) можно определить по формуле

где Q H - низшая теплота сгорания вещества, кДж/кг; Р п - коэффициент полноты сгорания.

Тогда, учитывая состояние (2.44) и разделив выражение (2.45) на формулу (2.46), получим

Расчеты показывают, что около 2% от общего тепловыделения при горении жидкости затрачивается на образование и доставку паров жидкости в зону горения. При установлении процесса выгорания температура поверхности жидкости увеличивается до температуры кипения, которая в дальнейшем остается неизменной. Данное утверждение относится к индивидуальной жидкости. Если же рассматривать смеси жидкостей, имеющих разную температуру кипения, то сначала происходит выход легкокипящих фракций, затем - все более высококипящих.

На скорость выгорания значительное влияние оказывает прогрев жидкости по глубине в результате передачи тепла от нагретой лучистым потоком q 0 поверхности жидкости в ее глубь. Этот теплоперенос осуществляется за счет теплопроводности и конвенции.

Прогрев жидкости за счет теплопроводности может быть представлен экспоненциальной зависимостью вида

где Т х - температура слоя жидкости на глубине х, К; Г кип - температура поверхности (температура кипения), К; k - коэффициент пропорциональности, м -1 .

Такой тип температурного поля называется распределением температуры первого рода (рис. 2.7).

Ламинарная конвенция возникает в результате различной температуры жидкости у стенок резервуара и в его центре, а также вследствие фракционной разгонки в верхнем слое при горении смеси.

Дополнительная передача тепла от нагретых стенок резервуара к жидкости приводит к прогреву ее слоев у стенок до более высокой температуры, чем в центре. Более нагретая у стенок жидкость (или даже пузырьки пара в случае ее прогрева у стенок выше температуры кипения) поднимается вверх, что способствует интенсивному промешиванию и быстрому прогреву жидкости на большой глубине. Образуется так называемый гомотермический слой, т.е. слой с практически постоянной температурой, толщина которого увеличивается во время горения. Такое температурное поле называют распределением температуры второго рода.

Рис. 2.7.

1 - распределение температуры первого рода; 2 - распределение температуры второго рода

Образование гомотермического слоя возможно также и в результате фракционной перегонки приповерхностных слоев смеси жидкостей, имеющих различную температуру кипения. По мере выгорания таких жидкостей приповерхностный слой обогащается более плотными высококипя- щими фракциями, которые опускаются вниз, способствуя гем самым конвективному прогреву жидкости.

Установлено, что чем ниже температура кипения жидкости (дизельное топливо, трансформаторное масло), гем труднее образуется гомотермический слой. При их горении температура стенок резервуара редко превышает температуру кипения. Однако при горении влажных высококипя- щих нефтепродуктов вероятность образования гомотермического слоя достаточна высокая. При прогреве стенок резервуара до 100°С и выше образуются пузырьки водяного пара, которые, устремляясь вверх, вызывают интенсивное перемещение всей жидкости и быстрый прогрев в глубине. Зависимость толщины гомотермического слоя от времени горения описывается соотношением

где х - толщина гомотермического слоя на некоторый момент времени горения, м; х пр - предельная толщина гомотермического слоя, м; т - время, отсчитываемое от момента начала формирования слоя, с; р - коэффициент, с -1 .

Возможность образования достаточно толстого гомотермического слоя при горении влажных нефтепродуктов чревата возникновением вскипания и выброса жидкости.

Скорость выгорания существенно зависит от вида жидкости, начальной температуры, влажности и концентрации кислорода в атмосфере.

Из уравнения (2.45) с учетом выражения (2.44) можно определить массовую скорость выгорания:

Из формулы (2.50) очевидно, что на скорость выгорания оказывают влияние интенсивность теплового потока, поступающего от пламени к зеркалу жидкости, и теплофизические параметры горючего: температура кипения, теплоемкость и теплота испарения.

Из табл. 2.5 очевидно, что существует определенное соответствие между скоростью выгорания и затратами тепла на прогрев и испарения жидкости. Так, в ряду бен- золксилолглицеринов с увеличением затрат тепла на прогрев и испарение скорость выгорания снижается. Однако при переходе от бензола к диэтиловому эфиру затраты тепла уменьшаются. Это кажущееся несоответствие обусловлено различием в интенсивности тепловых потоков, поступающих от факела к поверхности жидкости. Лучистый поток достаточно велик для коптящего пламени бензола и мал для относительно прозрачного пламени диэтилового эфира. Как правило, соотношение скоростей выгорания наиболее быстро горящих жидкостей и наиболее медленно горящих достаточно невелико и составляет 3,0-4,5.

Таблица 25

Зависимость скорости выгорания от затрат тепла на прогрев и испарение

Из выражения (2.50) следует, что с увеличением Г 0 скорость выгорания возрастает, поскольку снижаются затраты тепла на прогрев жидкости до температуры кипения.

Содержание влаги в смеси понижает скорость выгорания жидкости, во-первых, вследствие дополнительных затрат тепла на ее испарение, а во-вторых, в результате флегмати- зирующего влияния паров воды в газовой зоне. Последнее приводит к снижению температуры пламени, а следовательно, согласно формуле (2.43), уменьшается и его излучающая способность. Строго говоря, скорость выгорания влажной жидкости (жидкости, содержащей воду) не постоянна, она увеличивается или уменьшается в процессе горения в зависимости от температуры кипения жидкости.

Влажное горючее может быть представлено как смесь двух жидкостей: горючее + вода, в процессе горения которых происходит их фракционная разгонка. Если температура кипения горючей жидкости меньше температуры кипения воды (100°С), то происходит преимущественное выгорание горючего, смесь обогащается водой, скорость выгорания снижается и, наконец, горение прекращается. Если температура кипения жидкости больше 100°С, то, наоборот, сначала преимущественно испаряется влага и концентрация ее снижается. В результате скорость выгорания жидкости возрастает, вплоть до скорости горения чистого продукта.

Как правило, с повышением скорости ветра скорость выгорания жидкости увеличивается. Ветер интенсифицирует процесс смешивания горючего с окислителем, тем самым повышая температуру пламени (табл. 2.6) и приближая пламя к поверхности горения.

Таблица 2.6

Влияние скорости ветра на температуру пламени

Все это повышает интенсивность теплового потока, поступающего на нагрев и испарение жидкости, следовательно, приводит к увеличению скорости выгорания. При большей скорости ветра пламя может сорваться, что приведет к прекращению горения. Так, например, при горении тракторного керосина в резервуаре диаметром 3 м наступал срыв пламени при скорости ветра 22 м/с.

Большинство жидкостей не могут гореть в атмосфере с содержанием кислорода менее 15%. С увеличением концентрации кислорода выше этого предела скорость выгорания растет. В атмосфере, значительно обогащенной кислородом, горение жидкости протекает с выделением большого количества сажи в пламени и наблюдается интенсивное кипение жидкой фазы. Для многокомпонентных жидкостей (бензин, керосин и т.н.) температура поверхности с увеличением содержания кислорода в окружающей среде растет.

Повышение скорости выгорания и температуры поверхности жидкости с ростом концентрации кислорода в атмосфере обусловлено увеличением излучающей способности пламени в результате роста температуры горения и высокого содержания сажи в нем.

Скорость выгорания также значительно меняется с понижением уровня горючей жидкости в резервуаре: происходит снижение скорости выгорания, вплоть до прекращения горения. Поскольку подвод кислорода воздуха из окружающей среды внутрь резервуара затруднен, то при понижении уровня жидкости увеличивается расстояние h np между зоной пламени и поверхностью горения (рис. 2.8). Лучистый поток к зеркалу жидкости уменьшается, а следовательно, уменьшается и скорость выгорания, вплоть до затухания. При горении жидкостей в резервуарах большого диаметра предельная глубина /г пр, при которой происходит затухание горения, очень большая. Так, для резервуара с диаметром 5 м она составляет 11 м, а с диметром Им - около 35 м.