Огненный треугольник
Треугольник огня или треугольник горения — это простая модель для понимания необходимых ингредиентов для большинства пожаров . [1]
Треугольник иллюстрирует три элемента, необходимые для воспламенения огня: тепло , топливо и окислитель (обычно кислород ). [2] Пожар естественным образом возникает, когда элементы присутствуют и соединяются в правильную смесь. [3] Пожар можно предотвратить или потушить, удалив любой из элементов огненного треугольника. Например, накрытие огня противопожарным одеялом блокирует доступ кислорода и может потушить пожар. При крупных пожарах, к которым вызывают пожарных, уменьшение количества кислорода обычно не представляется возможным, поскольку не существует эффективного способа сделать это на обширной территории. [4]
Огненный тетраэдр
[ редактировать ]
Огненный тетраэдр представляет собой добавление цепной химической реакции к трем, уже присутствующим в огненном треугольнике.
Горение — это химическая реакция, которая усиливает огонь и позволяет ему продолжаться. После начала пожара возникающая в результате экзотермическая цепная реакция поддерживает огонь и позволяет ему продолжаться до тех пор, пока хотя бы один из элементов пожара не будет заблокирован:
- пену можно использовать, чтобы лишить огонь кислорода, в котором он нуждается
- воду можно использовать для снижения температуры топлива ниже точки воспламенения или для удаления или диспергирования топлива.
- галон можно использовать для удаления свободных радикалов и создания барьера из инертного газа при прямом воздействии на химическую реакцию, вызвавшую пожар. [5]
Когда в огне горят такие металлы, как литий , магний , титан , [6] и т. д. (известный как пожар класса D ), становится еще более важным учитывать выделение энергии. Поскольку металлы реагируют с водой быстрее, чем с кислородом, и тем самым выделяется больше энергии, попадание воды в такой огонь приводит к тому, что огонь становится более горячим или даже взрывается . Углекислотные огнетушители неэффективны против некоторых металлов, таких как титан. [6] Поэтому для прерывания цепной реакции горения металла необходимо использовать инертные вещества (например, сухой песок).
Точно так же, как только один из четырёх элементов тетраэдра (полностью) удаляется, горение прекращается.
Окислитель
[ редактировать ]Окислитель является другим реагентом химической реакции. В большинстве случаев это окружающий воздух и, в частности, один из его компонентов – кислород (О 2 ). Лишив огонь воздуха, его можно потушить, например, прикрыв пламя маленькой свечи пустым стаканом. Напротив, если над дровяным костром обдувают воздух (как в случае с мехами ), огонь активируется за счет подачи большего количества воздуха.
Некоторые химические вещества, такие как газообразный фтор, перхлоратные соли, такие как перхлорат аммония или трифторид хлора , действуют как окислители, иногда более сильные, чем сам кислород. Пожар, возникший в результате реакции с этими окислителями, может быть очень трудно потушить, пока окислитель не исчерпается; эту ножку огненного треугольника нельзя сломать обычными способами (т. е. лишение ее воздуха не задушит ее).
В некоторых случаях, например, в некоторых взрывчатых веществах, окислитель и горючее являются одними и теми же (например, нитроглицерин, нестабильная молекула, имеющая окисляющие части в той же молекуле, что и окисляемые части).
Реакция инициируется активирующей энергией — в большинстве случаев это тепло. Несколько примеров включают трение, как в случае со спичками, нагрев электрического провода, пламя (распространение огня) или искру (от зажигалки или любого пускового электрического устройства). Есть также много других способов обеспечить достаточную энергию активации, включая электричество, радиацию и давление, и все это приведет к повышению температуры. В большинстве случаев выделение тепла обеспечивает самоподдержание реакции и развитие цепной реакции. Температура, при которой жидкость выделяет достаточно пара, чтобы образовалась легковоспламеняющаяся смесь с самоподдерживающимся горением, называется температурой вспышки.
Тушение пожара
[ редактировать ]Чтобы остановить реакцию горения, необходимо удалить один из трех элементов огненного треугольника.
Без достаточного тепла пожар не может начаться и не может продолжаться. Тепло можно удалить путем применения вещества, которое уменьшает количество тепла, доступного для реакции пожара. Часто это вода, которая поглощает тепло для фазового перехода от воды к пару. Введение в пламя достаточных количеств и типов порошка или газа аналогичным образом снижает количество тепла, доступного для реакции возгорания. Соскребание углей с горящей конструкции также устраняет источник тепла. Отключение электричества при электрическом пожаре устраняет источник возгорания.
Без топлива пожар прекратится. Топливо можно удалить естественным путем, например, в случае, когда пожар поглотил все горючее, или вручную, механически или химически удаляя топливо из огня. Разделение топлива является важным фактором тушения лесных пожаров и основой большинства основных тактик, таких как контролируемые горения . Пожар прекращается, поскольку меньшая концентрация паров топлива в пламени приводит к уменьшению энерговыделения и снижению температуры. Удаление топлива тем самым уменьшает нагрев.
Без достаточного количества кислорода пожар не может начаться и не может продолжаться. При уменьшении концентрации кислорода процесс горения замедляется. Подача кислорода в огонь может быть прекращена с помощью углекислотного огнетушителя , противопожарного покрывала или воды.
Роль воды в тушении пожаров.
[ редактировать ]Вода может выполнять две разные роли. В случае твердого горючего твердое топливо производит продукты пиролиза под воздействием тепла, обычно радиации. Этот процесс останавливается применением воды, поскольку вода легче испаряется, чем пиролизуется топливо. Тем самым энергия снимается с поверхности топлива, оно охлаждается и прекращается пиролиз , прекращая подачу топлива в пламя. В пожаротушении это называется поверхностным охлаждением.
В газовой фазе, т. е. в пламени или дыме, горючее вещество не может быть отделено от окислителя, и единственное возможное действие состоит в охлаждении. В этом случае капли воды испаряются в газовой фазе, тем самым понижая температуру и добавляя водяной пар, делая газовую смесь негорючей. Для этого требуются капли размером менее примерно 0,2 мм. В пожаротушении это называется газовым охлаждением или дымовым охлаждением.
Существуют также случаи, когда фактор воспламенения не является энергией активации. Например, взрыв дыма — это очень сильное возгорание несгоревших газов, содержащихся в дыме, возникающее в результате внезапного поступления свежего воздуха (входа окислителя). Интервал, в течение которого может гореть смесь воздуха и газа, ограничен пределами взрывоопасности воздуха. Этот интервал может быть очень малым (керосин) или большим (ацетилен).
Воду нельзя использовать при тушении определенных типов пожаров:
- Пожары при наличии электрического тока – поскольку вода проводит электричество, она представляет опасность поражения электрическим током.
- Углеводородные пожары – поскольку они будут только распространять огонь из-за разницы в плотности/ гидрофобности . Например, добавление воды в огонь с источником нефти приведет к распространению масла, поскольку масло и вода не смешиваются . Однако использование смеси пены и воды в конкретном методе нанесения допустимо.
- Металлические пожары – поскольку эти пожары производят огромное количество энергии (до 7550 калорий/кг). [ оспаривается – обсуждаем ] для алюминия ) и вода также могут вызывать бурные химические реакции с горящим металлом (возможно, даже выступая в качестве дополнительного окислителя).
Поскольку эти реакции хорошо изучены, стало возможным создать специальные добавки к воде, которые позволят:
- Лучшее поглощение тепла при более высокой плотности, чем у воды.
- Поджигаем свободных радикалов . ловушки
- Перенос пенообразователей , позволяющих воде оставаться на поверхности жидкого пожара и предотвращать выделение газа.
- Наличие специфических реактивов, которые вступят в реакцию и изменят природу горящего материала.
Водные добавки обычно разрабатываются так, чтобы быть эффективными при пожарах нескольких категорий (класс A + класс B или даже класс A + класс B + класс F [класс K в Северной Америке]), что означает лучшие глобальные характеристики и удобство использования одного огнетушителя. при многих различных типах пожаров (или пожарах, в которых задействовано несколько разных классов материалов).
Многомасштабные пожарные треугольники для лесных пожаров
[ редактировать ]
В контексте лесных пожаров пожарный треугольник можно масштабировать, чтобы применить его к распространению огня по ландшафту (масштабы в несколько дней и несколько километров) и повторяемости пожаров во времени (масштабы в десятилетия и сотни километров). [7] Таким образом, хотя тепло важно для воспламенения пламени, топография важна для содействия распространению огня, особенно за счет предварительного нагрева топлива, находящегося вверх по склону, а источники воспламенения важны, чтобы помочь объяснить повторяемость в более длительных временных масштабах. Аналогичным образом, хотя кислород важен для поддержания пламени, погода и связанные с ней ветры подпитывают кислород распространяющимся огнем, а долгосрочный характер погоды обобщается как климат. Наконец, топливо — это термин, описывающий то, что горит в одном пламени, а также ряд материалов, сгорающих в распространяющемся лесном пожаре, но виды топлива различаются в больших пространственных и временных масштабах в так называемой растительности .
В наименьшем масштабе, треугольнике огня горения, отдельные частицы топлива воспламеняются один раз при критической температуре, и огонь передает энергию ближайшему окружению. Периоды возгорания варьируются от нескольких секунд до пары дней, а их последствия отслеживаются по шкале квадрантов. Самый крупный масштаб, напротив, описывает концепцию пожарного режима . Глобальное изменение климата является движущей силой многих факторов, участвующих в треугольниках «лесных пожаров» и «пожарного режима». Например, что касается режима пожара, конкретный тип растительности будет поддерживать характерный пожар с точки зрения повторяемости, интенсивности, сезонности и биологических последствий; изменение типа растительности будет иметь последствия для изменения режима пожаров.
См. также
[ редактировать ]
Примечания
[ редактировать ]- ↑ Огненный треугольник . Архивировано 6 апреля 2012 г. в Wayback Machine , пожарная команда Хантс, по состоянию на июнь 2009 г.
- ^ «Факты о лесных пожарах: должны быть все три» . Служба национальных парков . Проверено 30 августа 2018 г.
- ^ IFSTA, 2008, стр. 88.
- ^ «Что такое форма освещения огня? Треугольник» . Пожарно-спасательная служба1 . Архивировано из оригинала 14 февраля 2017 г. Проверено 14 февраля 2017 г.
- ^ «Огненный Тетраэдр (Пирамида)» . Информация об огненном треугольнике/тетраэдре и горении . Компания Safelincs Ltd. Проверено 30 августа 2012 г.
- ^ Jump up to: а б http://www.titanium.com/titanium/tech_manual/tech16.cfm. Архивировано 26 января 2009 г. в Wayback Machine Titanium . паспорте безопасности
- ^ Мориц, Макс А.; Мораис, Марко Э.; Саммерелл, Лора А.; Карлсон, Дж. М.; Дойл, Джон (13 декабря 2005 г.). «Лесные пожары, сложность и высокооптимизированная толерантность» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (50): 17912–17917. дои : 10.1073/pnas.0508985102 . ISSN 0027-8424 . ПМК 1312407 . ПМИД 16332964 .
