ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ НА ПОЖАРЕ. ЛЕКЦИЯ №3

Добрый день, уважаемые участники. Мы продолжаем серию семинаров с Абдурагимовым Иосифом Микаэлевичем, профессором, доктором технических наук, который расскажет нам о химии и физике горения веществ, материалов. И сейчас я передаю слово Иосифу Микаэлевичу.

Добрый день, уважаемые коллеги. С вашего позволения, начнем третью лекцию. В первых двух лекциях мы неоднократно упоминали о неразрешимых проблемах пожарных специалистов в сфере обеспечения пожарной безопасности. Сетовали на то, что в науке о горении достигнуты колоссальные успехи, позволившие выйти нам в космос, но недостаточные для обеспечения пожарной безопасности на Земле. Давайте сегодня на конкретном примере посмотрим, в чем заключаются эти проблемы и как мы из них выходим. В принципе, все способы борьбы за пожарную безопасность очень условно можно разделить на четыре группы, четыре подхода. Первое — это использование огромного арсенала средств пожарной профилактики, комплекса огромного, обширного количества мероприятий, направленных на недопущение самого возникновения процесса неконтролируемого горения. Это, безусловно, одно из лучших и главных направлений. Второе направление тоже из арсенала профилактики — это попытка свести к минимуму количество и уровень опасных факторов пожара и темп их развития на пожаре. Если уж не удалось предотвратить пожар, то профилактическими превентивными мерами можно снизить интенсивность задымления, снизить лучистое воздействие пламени, как-то снизить токсичность продуктов сгорания и другие профилактические мероприятия превентивного характера. Третье направление — это уже тушение возникшего пожара системами автоматики пожаротушения. Раз уж первые два направления не спасли, то есть еще такое третье. И самое последнее, последний рубеж нашей обороны — это пожарная тактика, то есть спасание людей и борьба с возникшим пожаром с применением сил и средств пожарной охраны. Казалось бы, достаточно вооружены и подготовлены, и тем не менее и статистика мировая, и опыт работы показывают, что даже совокупность всех четырех этих направлений не дает гарантии достижения требуемого уровня пожарной безопасности. И как мы говорили на предыдущих лекциях, причиной всего этого является недостаток объема знаний, которым мы располагаем. В чем это проявляется? Дело в том, чтобы использовать любое из этих четырех направлений, первым шагом, непреложным условием успеха является наше умение, хотя, к сожалению, скорее неумение, спрогнозировать обстановку на пожаре, написать сценарий развития завтрашнего пожара. По экспертизе пожаров, уже состоявшихся, мы кое-как еще можем восстановить: что было, как было, где пожар возник, куда распространялся, каких параметров достиг, — но это уже потом, а чтобы бороться с пожаром, нужно сделать это для завтрашнего пожара, но мы этого сделать не можем. Перечислю еще раз почему. Прежде всего потому, что мы не знаем скорости распространения пожара, которая необходима, чтобы подсчитать площадь пожара, а площадь пожара — это один из главных показателей его сложности. Чем больше площадь пожара, тем сложнее с ним бороться. Второе, чего нам будет не хватать на этом пути, — это теплоты сгорания, особенно при горении твердых горючих материалов. По горючим газам, горючим жидкостям у нас есть справочник, но для материалов, горящих на объектах с твердыми горючими, у нас нет данных о теплоте сгорания. Третье — у нас нет данных о массовой скорости сгорания. Четвертое — у нас нет данных о дымообразующей способности продуктов горения в зависимости от горючего вещества. И последнее — те, кто применяют, используют и потребляют процесс горения себе во благо, они могут сказать, что они распоряжаются средствами организовать горение в определенном пространстве, — это топка, котел, камера сгорания. Второе — они могут фиксированно, гарантированно руководить началом и концом процесса горения: подали топливо, подали источник зажигания — будет горение, не подали — не будет горения. К сожалению, совершенно иначе обстоят дела у нас. И по опыту, и по практике, и по определению пожара, пожаром называется процесс горения, возникший непроизвольно, то есть мы не знаем, когда он возник и где он возник, — вот, по существу, порочный круг замкнулся. Вот перечень проблем, которые мы не можем преодолеть для того, чтобы хоть одно из четырех или все четыре рассмотренных направления борьбы с пожаром были эффективны. И самый наглядный пример тщетности поисков специалистов пожарной охраны в погоне за этими знаниями является рассмотренный мной в прошлых лекциях пример Драйздейла. Это крупный специалист с мировым именем, занимающийся процессами горения очень продуктивно, перешел из пожарной охраны в службу обеспечения пожарной безопасности. Ему повезло, он попал на программу, когда была международная программа с участием 8 или 10 стран мира, крупнейшие страны мира по огромной программе проводили исследования. Меня потрясла цифра: одних только квартирных или офисных пожаров они провели 256, но даже такие затраты, такие усилия не позволили им достичь поставленной цели. Драйздейл так и не написал книгу «Динамика пожара», после 15 лет работы он представил второе издание книги «Введение в динамику пожара». Еще раз подчеркну, боже упаси, я говорю это не как упрек или нарекание, я говорю это с целью продемонстрировать, насколько сложная задача стоит перед ним. Мы с вами в процессе подготовки к сегодняшней лекции в двух предыдущих достаточно обратили внимание еще на одно качество и свойство процесса горения: то, что процессу горения органически присуще распространяться. В нашем определении пожара есть этот момент: пожар — это процесс горения, который будет развиваться. А дальше сказано: пока не выгорят все горючие вещества и материалы на данном объекте. Это значит, зона горения распространяется по объекту и найдет горючие материалы, где бы они ни находились. Но мы недостаточно с вами рассмотрели то, что процесс горения вообще, в принципе, не может быть стационарным, он обязательно перемещается во времени и пространстве. И вот здесь мне трудно будет преодолеть ваш традиционный ропот, вы скажете: «Как же так? А вот пламя на бунзеновской горелке стоит неподвижно, пламя на обычной газовой горелке стоит неподвижно, пожар на резервуаре за пределы резервуара практически не движется». Давайте посмотрим на это, хотя это лучше делать в лаборатории, но по минутке на каждую картинку мы потратим от лекции. Давайте посмотрим на пламя на бунзеновской горелке. Вот сидит конусочек пламени на трубке, который соответствует определенному расходу газа. Увеличишь расход газа — факел станет больше, конус вырастет, уменьшишь расход газа — факел станет меньше, очень ловкий лаборант умеет довести пламя почти до плоского. Плоское пламя сидит на срезе горелки, но чуть что — и пламя проскочит внутрь трубы и погаснет. Понять это можно, глядя на вот эту вырезку, которую нам сделали лаборанты, посмотрите. Вот фронт пламени, он заштрихован, он направлен вниз, направление распространения пламени обозначено зеленой стрелкой, а горючая смесь идет навстречу пламени, а продукты сгорания оттекают за фронт пламени. Вот это положение фронта пламени, кажущееся неподвижным, есть результат динамического равновесия скорости распространения пламени, скорости потока свежей смеси и, соответственно, скорости оттока продуктов сгорания. Примерно так же выглядит пламя диффузионного горения. Это же кинетическое пламя заранее перемешанной смеси. Вот пламя обычной газовой горелки. Вот по трубе идет газ, он смешивается с воздухом, образуется газовоздушная смесь, пламя подсасывает по законам конвекции воздух снизу, и чем больше расход газа, тем больше пламя. В принципе, можно дать такой расход горючего газа, что пламя не успеет поглотить этот процесс и улетит с трубки, то есть нарушится динамическое равновесие. Еще труднее мне было бы возразить вам, если бы вы привели как пример неподвижного пламени пламя свечи. Или вот посмотрите пламя в бомбе постоянного давления. Вот красный крестик — это искра, которая в мыльном пузыре воспламеняет газовоздушную смесь. Газовоздушная смесь направлена по радиусу от центра. И когда смесь сгорит полностью, объем продуктов сгорания будет в 8 раз больше, чем было изначально смеси. А это значит, что радиус увеличится в квадрате, то есть радиус увеличится в 2 раза, а объем — в 8 раз. Сегодня на реальном пожаре нам с вами эта закономерность понадобится. Здесь я тоже могу показать вам, что пламя обязательно движется, но вот я бы не смог вам ничего возразить, если бы вы привели в пример пламя свечи. Ведь свеча горит красивейшим факелом пламени и стабильно никуда не движется. Вот здесь я позволю вас заинтриговать и адресую вас к замечательной статье «История свечи», написал ее крупнейший физик позапрошлого века, почти 200 лет назад, Майкл Фарадей. Я советую вам: найдите в Интернете эту брошюру и прочтите. Во-первых, вы со всей очевидностью убедитесь, что это обман зрения, что пламя свечи тоже не неподвижно, а в динамическом равновесии, а заодно посмотрите, как надо писать статьи: научные статьи, познавательные статьи, — сейчас так уже мало кто пишет. Это одна из лучших книг по горению. Вот, заканчивая экскурс в эту область, я хочу дополнить наши знания тем, что свойство перемещаться и распространяться — это органическая потребность, органическое свойство всякого процесса горения, но вот законов скорости распространения при горении на пожаре у нас нет. То есть в наших справочниках, в том числе и в моих учебных пособиях, приводятся определенные цифры скорости горения на пожаре. Но и в подстрочнике сказано, и в тексте упоминается, и всем вам понятно, что это средняя ориентировочная цифра, примерно метр в минуту, полтора метра в минуту, два метра. Причем для одного и того же объекта дается разброс почти в два раза. А если пламя распространяется по площади? То простейший круговой пожар зависит от квадрата времени и от квадрата скорости распространения. То есть если я по ошибке возьму в два раза большее значение скорости распространения пламени, я ошибусь уже сразу в четыре раза. Согласитесь, кому нужен инженерный расчет с ошибкой в 400 %? Поэтому давайте попробуем рассмотреть, как происходит неподдающийся нашему описанию сценарий развития простейшего пожара, которых за этот год только в стране было более десятка. Это очень распространенный пожар именно на кухне. Вот типовая кухня приличного размера: 9 квадратных метров площади, три метра высоты, примерно, 30 кубометров. Вот типовая схема подводки газа. Вот недалеко от плиты могла образоваться трещина, или нарушена герметичность соединения, и возникла утечка газа. Горючий газ тут же смешивается с воздухом, и пламя будет гореть как на обычной газовой горелке, если к моменту аварии была включена хоть одна из конфорок на плите. Честно говоря, это даже не пожар — это авария, с которой пожарные специалисты справятся очень легко: войдут либо потушат факел пламени, наиболее опытные даже просто заткнут щель пальцами и попросят вызвать газовиков, чтобы удалили утечку спокойно и безо всяких трагедий. Но это при этом условии. При этих условиях тепло- массообмена газа и пламени с пространством и при условии, что горение возникло сразу в момент образования смеси. А теперь представьте себе, что ни одна горелка не горела и газ утекал. Плотность метана 0,71, то есть он почти в два раза легче воздуха. Вытекающий метан начнет скапливаться под потолком. Под потолком образуется газовоздушная смесь, толщина этого слоя начнет расти, и зона взрывоопасной смеси опускаться. Предположим, что она опустилась до уровня электрической лампочки, и через 5–10 минут появился источник зажигания, пламя вспыхнуло. Теперь мы имеем дело не с диффузионным горением пламени на трубе, а с кинетическим горением газовоздушной смеси. Это пламя распространяется с фундаментальной скоростью 40 сантиметров в секунду. Всего 40 сантиметров в секунду по отношению к свежей смеси. Но поскольку шар увеличивается в объеме за счет расширения продуктов сгорания, скорость увеличивается вдвое. Значит, для постороннего наблюдателя, смотрящего с улицы, пламя движется со скоростью всего 80 сантиметров в секунду. По соображениям прочности, строительным нормам и правилам, допустимое избыточное давление в помещении 5 килопаскалей, а 5 килопаскалей — это примерно одна двадцатая нормального атмосферного давления, которое равно 100 килопаскалям. Значит, допускается увеличение зоны взрыва до одной двадцатой объема помещения. Если объем помещения 27, 30 кубометров, то одна двадцатая — это что-то кубометр с небольшим. То есть зона взрыва может быть всего 1,5 кубометра, при этом радиус взрыва порядка 1,15 метра. Подсчитайте время. Это полторы секунды, 1,4 секунды и объем взрыва достиг критического размера. При этом давлении уже вылетают оконные проемы, разрушается остекление, выламываются двери, и наблюдатель со стороны, с улицы, говорит: «Произошел взрыв. Вот только появилось пламя — и сразу из окна выбросился факел пламени, разрушилась стена, обрушилось перекрытие». Вот как изменился сценарий развития пожара в зависимости от того, где и в какой момент возникло горение. Согласитесь, что это существенно разные динамики пожара. Теперь несколько слов просвещения. Взрыв — не взрыв, если вы мне поверили, а если не поверили, проверьте сами в бомбе постоянного давления на мыльном пузыре, это пламя распространяется со скоростью 0,8 метров в секунду. А что такое 0,8 метров в секунду? Спортсмен бежит со скоростью 5–6 метров в секунду, рекордсмены стометровку бегут со скоростью 10 метров в секунду, даже я сейчас могу передвигаться со скоростью 1,5 метра в секунду. То есть я пешком могу уйти от этого взрыва. Но, к сожалению, темп нарастания давления так высок, что это давление не успевает выравниваться с давлением окружающего пространства. И когда перепад давления составит больше 5 паскалей, тогда произойдет взрыв. И это полностью соответствует дефиниции, которую мы дали. На самом деле, взрыв, когда пламя распространяется со скоростью не 0,5 м/с, не 0,8 м/с, а километры в секунду, так называемое детонационное горение, когда разрушения ударной волны вдвое больше, чем у обычного взрыва, и скорость развития событий в тысячу раз больше, — вот это настоящие взрывы. К сожалению, такие взрывы в практике пожарных специалистов тоже встречаются — это взрыв аэродисперсных смесей, пыли твердых частиц. Если обычную древесину размельчить до десятимикронного размера частиц, то взвихренная даже пламенем пожара смесь может перейти в детонационное горение и мощность разрушений будет в сто раз больше, чем разрушение, которое мы сейчас рассмотрели. Где-то 50–60 лет назад впервые такой взрыв в Советском Союзе возник на Минском заводе радиопромышленности, выпускавшем первые телевизоры. Но это отдельная статья, этим мы займемся, если будет время. А сегодня закончить эту часть лекции я хотел бы только тем, что посмотрите, мы не знали двух пустяковых обстоятельств: какой момент и в какой точке пространства замкнется классический треугольник пожара. Окислитель был изначально, этот грех за нами постоянно, горючее появилось из утечки газа, для замыкания треугольника пожара нужен был только источник поджигания. И вот, не зная двух обстоятельств: где и когда возникнет источник поджигания, — мы получили такую разницу в картине. В одном случае можно было подойти и пальцем заткнуть трубопровод, и пожар кончился, а в другом случае обрушение здания со всеми вытекающими отсюда последствиями. Вот пример того, что является непреодолимым препятствием к тому, чтобы мы с вами, написавши сценарий развития предстоящего, завтрашнего пожара, как следует к нему подготовились и могли им управлять. Если эта часть лекции понятна, давайте перейдем к другой части.

---

ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ НА ПОЖАРЕ. ЛЕКЦИЯ №2

Блог Абдурагимова Иосифа Микаэлевича

---

Количественные оценки пожаров, в которых мы можем что-то сделать, и пожаров, в которых мы практически бессильны. Мы с вами в первых лекциях говорили: горючие газы горят только гомогенно, диффузионно или в кинетическом горении, но пожар горючих газов встречается разве что на буровых скважинах, на трубопроводах и в быту, на кухне. Частота этих пожаров всего 2–3 % в год по статистике. Дальше мы с вами говорили, что горючие жидкости тоже горят только гомогенно, потому что жидкости не горят вообще, горят пары воздушных жидкостей. Вот нам художник предоставил такую картинку, как возникает процесс горения горючей жидкости. Вот три ведра с тремя типами жидкости с существенной разницей по температуре вспышки. В них вносится источник поджигания в виде нагретого тела — шарика или электрической искры. Вокруг этого шарика создается сферическое пламя. Оно распространяется и усаживается стабильно на срез ведра. Зеркало жидкости диффундирует пары горючего. Со стороны притекает воздух для горения. Источник пожара всегда, к сожалению, найдется. И такие пожары мы описать тоже более-менее можем. Но их число очень незначительное в статистике, порядка 3–4 % от общего числа пожаров. Есть более сложные пожары — это совместное горение горючего газа с горючей жидкостью, случаются где-то на технологических процессах или на скважинах буровых. Пожарные специалисты не очень умеют описывать эти процессы горения, но буровые мастера и специалисты противофонтанной службы Газпрома и Миннефти с горем пополам умеют описать эти пожары, но их число не более 1 % в год. Итого — мы общими усилиями, как-то с грехом пополам, можем справиться едва-едва с 10 % пожаров, а по мировой статистике 90 % пожаров связано с горением твердых горючих материалов. А твердые горючие материалы горят чрезвычайно сложно. Прежде всего, это единственный вид горючего, единственный вид горючей нагрузки на пожаре, который может гореть гомогенно (пламенным горением), гетерогенно, (беспламенным горением, тлением), совместно — гомогенно и гетерогенно, что чаще всего бывает на пожаре, и еще может гореть в виде пыли. Вот картин горения твердого горючего у нас небогато, по существу, она одна, но все варианты здесь предусмотрены. Первое — это диффузионное горение пламени над поверхностью древесины. С боков притекает воздух, от древесины идут летучие фракции, и пламя горит, как будто это газовые компоненты. Древесина дает газовые составляющие. В это время прогретый слой, заштрихованный вот такой косой штриховкой, прогрет до 500–600 градусов, и к нему притекает воздух из окружающего пространства. Этот слой может гореть одновременно с пламенем, беспламенным горением — тлением. У нас нет картинки, где возможно только тление, поэтому представьте себе воскресный день на даче, когда вы готовите шашлык. Под мясом на шампуре у вас угли, которые горят в гетерогенном режиме почти без пламени с интенсивным выделением тепла, достаточным для прожарки шашлыка в лучшем виде. И плюс к этому, как я и сказал, древесина в зависимости от условий тепло- и массообмена в начальной стадии, если она измельчена до дисперсности 10–15 микрон, может гореть как аэрогель, то есть спокойно диффузионно пламенным и беспламенным горением, а может гореть как аэрозоль, а может гореть как аэровзвесь. Так вот аэровзвесь горит в 10 раз быстрее, чем обычная метанно-воздушная смесь. Впервые количественно оценил скорость распространения и объяснил причину такой скорости распространения пламени по горючим смесям твердых горючих материалов лет 50 тому назад ленинградский физик Оскар Моисеевич Тодес. Он обратил внимание, что из фронта пламени в газовой смеси только прямая, кондуктивная теплопроводность отвечает за скорость распространения пламени, потому что газовоздушная смесь оптически прозрачна для излучения пламени. А когда это же пламя в том же спектре излучения излучает не в газовую, а в пылегазовую смесь, частицы пыли поглощают излучаемое тепло, и скорость распространения пламени возрастает в 2–3 раза. И это страшно. Но еще страшнее, что при такой скорости возможно возникновение ударных волн во фронте пламени. И тогда скорость распространения пламени с метров в секунду возрастает до километров в секунду, переходя в детонационный режим. И это настоящий взрыв, который произошел на минском заводе. Чтобы лучше понять, как горят твердые горючие материалы, давайте посмотрим, что такое пиролиз древесины. Прежде чем древесина воспламенится, она должна пройти стадию пиролиза. Пиролиз — это термическое разложение. Но это не термолиз, потому что тепло не от радиатора, не от электроизлучателя, а от пламени. Если древесину поместить в нейтральную среду, чтобы она не загорелась, и начать подогревать, то в диапазоне температур 100–120 градусов идет просто сушка древесины: удаляется влага, впитанная из окружающей среды. От 120 до 150 градусов удаляется вода в межклеточном пространстве и внутри клеток древесины. От 150 до 180 градусов удаляется химически связанная вода. А после 180 градусов, после удаления всех видов влагосодержания, начинается разложение древесины. Начинают выделяться горючие вещества, такие как водород, CH₄ — метан, окись углерода — CO и другие горючие компоненты. Но еще выделяются следы CO₂ и H₂O. Так что это как бы пороговое состояние продуктов термического разложения древесины, когда от постороннего источника зажигания она может загореться, а может не загореться. Поэтому изучавший на кафедре этот вопрос хороший химик-органик с университетским образованием, не испорченным пожарно-техническим образованием, предложил по аналогии с горючими жидкостями назвать температуру 250 градусов температурой вспышки древесины. Слава богу, этот термин не прижился, но чтобы вы хорошо понимали, 250 градусов для большинства твердых горючих — это температура их вспышки. При появлении внешнего источника может загореться и погаснуть, а вот дальше, после 250 градусов, однозначно летучие фракции разложенной древесины способны воспламениться и гореть самостоятельным открытым пламенем, гомогенно, как горючие газы. По мере приближения к 350 градусам процесс пиролиза интенсифицируется: уже не идут нейтральные ингредиенты, такие как CO₂ и вода, идут только горючие газы. При 450 градусах наступает максимум скорости пиролиза, причем в этот диапазон температур процесс пиролиза становится экзотермическим. До этого он поглощал тепло, а здесь реакции разложения древесины сопровождаются еще дополнительным выделением тепла, причем процент довольно большой, порядка 6 %. Если теплота сгорания килограмма древесины порядка 15 тысяч килоджоулей на килограмм, то 6 % — это порядка 900 или 1000 килоджоулей на килограмм, это выделяется дополнительно к цепи тепла в процессе пиролиза, поэтому процесс сильно ускоряется. Обратите внимание, древесина меняется даже в процессе развития пожара. К 600 градусам процесс пиролиза заканчивается, выход летучих прекращается, и пламенное горение прекращается, больше древесина открытым пламенем не горит. Несите скорее ваши шампуры, выложим их на тлеющую древесину и пообедаем хорошим шашлыком, потому что еще примерно 40 % потенциальной энергии, содержащейся в древесине, высвободится в процессе тления. Вот такая сложная картина горения древесины. То есть она может гореть в 3, 4, даже 5 ипостасях, если учесть случаи горение аэровзвеси, пыли. Вот почему пожары древесины и всех других твердых горючих веществ, материалов наиболее многочисленны, наиболее трудно описуемы и составляют главную угрозу с точки зрения обеспечения пожарной безопасности. С ними труднее всего справиться, труднее всего найти подход, потому что труднее всего описать сценарий развития пожара. Если вы заметили, режим горения твердых горючих зависит от условий тепломассообмена в зоне горения. Вот эти три буквы — ТМО (тепломассообмен) определяют, по существу, всю природу процесса горения на пожаре. К сожалению, тепломассообмен на пожаре неуправляем. Мы не можем, как в двигателе, жать ножкой педаль газа, увеличивать переток топлива в камеру сгорания, чтобы двигатель набирал мощь. У нас нет такой педали, чтобы подать горючую смесь в пожар и чтоб прекратить подачу горючего. К сожалению, мы не можем и доступ воздуха перекрыть. Мы можем как-то повлиять на тепломассообмен, но радикально его изменить не можем. Вот реализация нашей жалобы на недостаточный объем изученности процессов горения на пожаре. Единственное, что мы точно знаем, что горение твердых горючих всегда происходит с недостатком воздуха. И это страшно для нас с вами, потому что среди продуктов сгорания появятся продукты неполного превращения, а неполные продукты сгорания наиболее токсичны, наиболее опасны. И всегда вызывало у меня кривую улыбку, когда приходилось говорить: «Рассчитайте коэффициент переизбытка воздуха на пожаре». Да, формально, если мы посчитаем приток воздуха и количество требуемого, то у нас будет избыток воздуха. А если избыток воздуха, то откуда дым? Дым — это твердые сажистые частицы, которые попали в зону горения из материала, но не успели окислиться до CO₂. И даже до CO не успели окислиться, они остались твердым углеродом. И дым — одна из причин гибели на пожаре из-за потери видимости. Еще одна жалоба пожарных специалистов. За многие тысячи лет, что человечество изучало процессы горения, оно изучало его с позиции потребности, применения, использования процессов горения, поэтому изучали: как повысить полноту сгорания, как повысить скорость горения, как повысить давление сгорания, как получить более полные продукты сгорания. И никто не изучал продукты неполного сгорания, никого не интересовало неполное горение. Поэтому, чтобы вы твердо поняли относительность нашего понятия коэффициента избытка воздуха, я позволю себе коротенький анекдот, как генерал приехал на досмотр в одну из частей. Выстроил весь личный состав, и что генерал ни спросит, всем солдаты довольны: и увольнительными довольны, и распорядком дня, и сна, и отдыха, — всем. Но генерал-то знает проблемы солдата, он спрашивает:

— А что, братцы-солдаты, а харчей хватает?

— Хватает, товарищ генерал, да еще остается. — Так тут у генерала отвисла челюсть.

— А остатки куда деваете?

— Съедаем, товарищ генерал, да еще не хватает.

Вот так у нас происходит с процессом газообмена на пожаре. Диффузионное горение на пожаре происходит с коэффициентом избытка воздуха, а на пожаре всегда есть продукты неполного сгорания, значит, съедали остатки — да еще не хватило. Остались ингредиенты, которые не окислились до конечного значения.

И последний вопрос, чтобы закончить эту лекцию: а чего, собственно, мы хотели бы? Какой коэффициент полноты сгорания нас интересует? Оказывается, вот такое противоречивое желание: пожарные специалисты тоже должны хотеть максимальной полноты сгорания. Пусть при этом увеличится скорость горения, пусть при этом увеличится интенсивность тепловыделения, пусть при этом сильно увеличится излучение пламени, но это меньшие беды, нежели образование продуктов неполного сгорания, которые дают потерю видимости и очень токсичны. И вот с этой проблемой чаще всего приходится сталкиваться руководителям тушения пожаров. Когда у РТП на пожаре недостаточно сил и средств, чтобы справиться с пожаром, он принимает ответственное, но чрезвычайно рисковое решение: увеличить приток воздуха в зону пожара и увеличить отток продуктов сгорания. То есть откроют дверь — увеличат приток воздуха, разобьют окна — увеличат отток продуктов сгорания из помещения. И в результате РТП получит: улучшение видимости, снижение температуры среды, подъем высоты нейтральной зоны, то есть зоны задымления, и увеличит интенсивность процесса горения. Если его силы и средства за те несколько минут, что он улучшил обстановку на пожаре, не позволили ему потушить пожар, следующая стадия развития пожара будет уже на новом уровне — более интенсивная, более страшная. Вот еще один наш долг как изучающих пожар как физическое явление перед РТП. Мы не вооружили РТП достаточным уровнем знаний: когда и насколько можно позволить интенсификацию процесса горения, чтобы воспользоваться улучшением боевой обстановки на пожаре и потушить его. Вот в общих чертах так выглядит на практике наше незнание или недостаточное знание законов горения в условиях пожара. Прошу задавать вопросы.

— Скажите, пожалуйста, почему, если по пылевоздушным смесям пламя распространяется быстрее, чем по газовоздушным, то помещение с категорией А относится к более высокой?

— К сожалению, я должен признаться, что я настолько плохо знаю нормы и правила категорирования по пожарной опасности, что почему даже так стоит вопрос, я вам не могу ответить. Я не знаю почему. Я могу сказать, почему пожар пыли страшнее пожара газа, а вот почему категория так определена, к сожалению, на этот вопрос я ответить не могу.

— То есть получается, что система нормирования неправильная?
— Вы знаете, мне трудно так, с кондачка, сразу обвинить всю систему, но подозреваю, что вы правы.

— ЛВЖ является одновременно горючей жидкостью?

— Да, безусловно. ЛВЖ — это просто тонкость, деталь, маленький штришок, что их температура вспышки ниже определенной цифры, — это же все условность, это все нюансы категорирования. Другое дело, они полезны, они нужны, но не должно быть, чтобы они затуманивали понимание сути проблемы. Конечно, ЛВЖ просто частный случай ГЖ, хотя вы должны теперь знать, что никаких ГЖ не существует в природе, жидкости не горят — горят пары горючей жидкости, потому что только в испаренном состоянии горючая жидкость может вступить во взаимодействие с кислородом воздуха.

— Меня интересует такой вопрос: все мы смотрим фильмы, и во многих боевиках случаются взрывы. И главный герой как-то пытается убежать от этого взрыва. Насколько реально было бы такое сделать?

— Я должен извиниться перед вами, если ради понимания физики явления я, как бы шутя, сказал, что могу пешком уйти из зоны взрыва. Я это сказал для того, чтобы на кончиках пальцев, органолептически, вы почувствовали, что пламя-то распространяется медленно, всего 0,8 метров в секунду. К сожалению, при этом не успевает выровняться давление, развиваемое этой зоной горения. Убежать от взрыва? Решайте этот вопрос сами. Дефлаграционное горение чаще всего распространяется со скоростью не больше метра в секунду. А что такое метр в секунду? Это даже меньше скорости пешехода. Но вот темп нарастания давления при этом настолько высок, что ограждающие конструкции не выдерживают его. Когда мне задают вопрос: «Почему так мало? Всего 5 килопаскалей». Я говорю: «Посчитайте, что такое 5 килопаскалей». Мне по старинке легче считать в атмосферах. Что такое такое 1 атмосфера? Это 1 килограмм на сантиметр в квадрате. Это значит на площадь 2 кв. м атмосфера давит с силой 2000 килограмм, две тонны. И когда мне на экзамене задавали эти вопросы, я нередко ребятам рассказывал, что вы поймите, если бы не было утечки газа из помещения, вы собственным ртом через обычную трубочку могли бы развалить любое здание, потому что если вы играли в футбол или волейбол и когда не было насоса, надували мяч ртом, то вы знайте, что вы можете надуть его до двух десятых атмосферы. Две десятых атмосферы. Пересчитайте, что это такое на площадь стены 3 на 3 метра. Это нагрузка в десятки тонн. Не только оконный проем и двери, никакая капитальная стена этого не выдержит. Но почему вы не можете ртом разваливать здания? Все дело в скорости. Скорость подачи газа, когда мы дуем, не соизмерима со скоростью утекания газа через закрытое окно, закрытую дверь, через плохую систему вентиляции. Поэтому сколько не дуй — ничего не разрушите. А вот если бы вы в комнату поместили бы резиновую оболочку, которая не пропускает газ, и стали бы точно так же ртом надувать внутри комнаты большую, очень большую футбольную камеру, то когда поверхность резины совпадет с площадью стен, вот эти две десятых атмосферы станут давить на конструкцию и раздавят любую стену современного здания. Вот так фигурально я пытался объяснить, что такое давление стационарное и давление динамическое. Вот при горении, при воспламенении, при взрыве у нас динамическая нагрузка. А ртом мы надуваем или пешком уходим — это статические процессы и результат их несоизмерим.

— Скажите, пожалуйста, когда горение кинетическое, пламя взрыва желтое?

— Я или ошибся, или вы меня неправильно поняли. Вы совершенно правы, при кинетическом горении, особенно горении смесей, близких к стехиометрии, пламя будет прозрачное, светло-голубое, светло-зеленое, но не рыжее, которое вы видели на ведре на картинке. А диффузионное пламя — всегда пламя с большим недостатком окислителя, и вот оно желтое, розовое, рыжее, красное. То есть чем ниже коэффициент диффузии воздуха в зону горения, тем более темное пламя. Правда, у него и температура ниже, но у него больше неполных продуктов сгорания и это по-своему плохо.

— Иосиф Микаэлевич, поскольку вопросов больше нет, хотелось бы в очередной раз поблагодарить Вас за столь обстоятельную лекцию, что Вы смогли нам сегодня раскрыть эту тему, рассказать о механизмах и условиях возникновения процессов горения как горючих газов, так и твердых горючих материалов. Вам большое спасибо.

— Спасибо за внимание аудитории, спасибо за усилия организаторов. Я постараюсь хорошо подготовиться к следующей лекции. До свидания, всего вам доброго.

В разделе:

Читай также

Больше популярных статей

ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ НА ПОЖАРЕ. ЛЕКЦИЯ №4

В своей четвертой лекции доктор технических наук, профессор академии НАНПБ Абдурагимов И.М. показывает примеры расчета воздуха, требуемого для горения, и расчета объема и состава продуктов сгорания; рассказывает о важности правильного понимания и учета интенсивности горения при принятии решений руководителями тушения пожара; разъясняет какие газы называют «подлыми» и почему, а также отдельно рассматривает вопрос об опасности взрыва твердых горючих веществ.

читать полностью

ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ НА ПОЖАРЕ. ЛЕКЦИЯ №5

Пятая лекция доктора технических наук, профессора академии НАНПБ Абдурагимова И.М. называется «Предельные явления в горении как научная и практическая основа пожаровзрывобезопасности».  В ней он рассказывает о предельных показателях компонентов «треугольника пожара» (с приведением конкретных примеров), механизмах огнетушащих действий на примере различных огнетушащих веществ, температуре потухания и важности применения знаний о предельных явлениях горения в повседневной жизни.

читать полностью

ФИЗИКА И ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ НА ПОЖАРЕ. ЛЕКЦИЯ №6

В заключительной шестой лекции доктор технических наук, профессор академии НАНПБ Абдурагимов И.М. напоминает основные моменты предыдущих пяти лекций, рассказывает о понятии «пожарная стратегия», а также задается вопросом введения количественной оценки пожарной безопасности и тушения пожара.

читать полностью

S-1840
1923