Пожары на судах являются сравнительно нечастым бедствием (около 5% от всех аварий), но по тяжести последствий они стоят на первом месте.

Около 20% пожаров заканчиваются гибелью или полным конструктивным разрушением судна.

Опыт реальных аварий свидетельствует, что срок борьбы с огнем составляет порядка 15 мин. Если в течение этого времени пожар не удалось взять под контроль-то судно, как правило, гибнет. Дело в том, что в ограниченном объеме судового корпуса и надстроек находится очень много горючих веществ: дерево, ткань, пластик, краски и пр. А они, как известно, горят очень хорошо.

Что же представляет собой процесс горения?

Горением называется физико-химический процесс, сопровождающийся выделением теплоты и излучением света.

Сущность горения заключается в быстропротекающем процессе окисления химических элементов горючего вещества с кислородом воздуха.

Любое вещество является сложным соединением, молекулы которого могут состоять из множества связанных друг с другом химических элементов.

Во время реакции горения происходит соединение атомов различных элементов с образованием новых веществ. Основными продуктами горения являются:

Окись углерода СО – бесцветный газ без запаха, обладающий высокой токсичностью, содержание которого в воздухе более 1% опасно для жизни человека;

Углекислый газ СО 2 - инертный газ, но при содержании в воздухе 8 - 10% человек теряет сознание и может погибнуть от удушья;

Пары воды Н 2 О, придающие дымовым газам белую окраску;

Сажа и пепел, придающие дымовым газам черную окраску.

1.2 Составляющие пожара и взрыва.

Горение является началом пожара. Для горения необходимы три элемента: горючее вещество, которое будет испаряться и гореть, кислород для соединения с горючим веществом и теплота для повышения температуры паров горючего вещества до момента их воспламенения. Символический пожарный треугольник иллюстрирует это положение и дает представление о двух важных факторах, необходимых для предотвращения и тушения пожаров:

если одна из сторон треугольника отсутствует, пожар не может начаться;

если одну из сторон треугольника исключить, пожар погаснет. Пожарный треугольник - простейшее представление трех факторов, необходимых для существования пожара, но он не поясняет природу пожара. В частности, он не включает цепную реакцию, возникающую между горючим веществом, кислородом и теплотой в результате химической реакции. Пожарный тетраэдр - более наглядная иллюстрация процесса сгорания (тетраэдр - это много2гранник с четырьмя треугольными гранями). Он очень полезен для понимания процесса сгорания, так как на нем имеется место для цепной реакции и каждая грань касается трех других. Основная разница между пожарным треугольником и пожарным тетраэдром заключается в том, что тетраэдр показывает, каким образом за счет цепной реакции поддерживается пламенное горение, т.е. как грань цепной реакции удерживает остальные три грани от падения.

Цепная реакция.

Цепная реакция начинается следующим образом: образующаяся при горении

паров теплота воспламеняет все большее количество паров, при горении которых снова

выделяется все большее количество теплоты, воспламеняющей еще большее количество

паров. В результате этого постоянно нарастающего процесса горение усиливается. Пока

горючего вещества много, пожар продолжает развиваться, пламя разрастается.

Через некоторое время количество паров, выделяющихся из горючего вещества,

достигает максимума и начинает стабилизироваться, в результате чего горение

протекает с устойчивой скоростью. Это продолжается до тех пор пока не израсходуется

основная часть горючего вещества. Затем окисляется меньшее количество паров и

меньше образуется теплоты. Процесс начинает затухать. Происходит выделение все

меньшего количества паров, меньше становится теплоты и огня, пожар постепенно угасает.

При сгорании твердых горючих веществ может остаться зола, и еще какое-то время будет продолжаться тление. Жидкие горючие вещества выгорают полностью.

Таким образом, пожар возникает только при одновременном действии трех

факторов: наличии горючего вещества, достаточном количестве кислорода,

высокой температуре.

1.3 Характеристика горючих материалов.

Все горючие материалы (вещества) можно разделить на твердые, жидкие и газообразные.

Твердые горючие вещества. Наиболее типичные твердые горючие вещества – дерево, бумага и ткани. Они находятся на судне в виде растительных тросов, брезента, подстилочного и сепарационного материала, мебели, фанеры, обтирочных материалов и матрацев. Краска на переборках также представляет собой твердое горючее вещество. Кроме того, суда перевозят разнообразные твердые горючие вещества в виде груза.

Древесина и древесные материалы обладают горючестью и в зависимости от температуры и притока воздуха могут обугливаться, тлеть и гореть. Максимальная пожаробезопасная температура - 100 0 С, при температуре около 204 0 С – они самовоспламеняются. Скорость горения зависит от притока воздуха, содержания влаги и др. Наиболее быстро сгорают тонкие древесные изделия большой площади. Продуктами сгорания являются: двуокись углерода, водяной пар, окись углерода, альдегиды и кислоты. В начальной стадии пожара могут выделять много дыма.

Текстильные и волокнистые материалы в зависимости от состава волокон имеют температуру воспламенения 400 – 600 с. растительные волокна легко воспламеняются и хорошо горят, выделяя много густого дыма. Частично сгоревшие растительные волокна могут самовоспламеняться; сильно разбухают под воздействием воды. При горении выделяется большое количество едкого плотного дыма.

Жидкие горючие вещества . Воспламеняющиеся жидкости присутствуют на судне в основном в виде мазута, смазочного масла, дизельного топлива, керосина, масляных красок и их растворителей. Воспламеняющиеся жидкости и сжиженные воспламеняющиеся газы могут перевозиться в качестве груза.

Все воспламеняющиеся жидкости испаряются, скорость испарения нарастает с повышением температуры.

Пары в концентрации с воздухом взрывоопасны, особенно в закрытых объемах (цистернах, танках).

Воспламеняющиеся жидкости выделяют теплоту в 3-10 раз быстрее, чем дерево, и ее количество примерно в 2,5 раза больше. Эти соотношения достаточно наглядно показывают, почему пары жидкости горят с большой интенсивностью.

При растекании воспламеняющиеся жидкости распространяются по очень большой площади, выделяя при этом значительное количество паров, при воспламенении которых, образуется большое количество теплоты.

Газообразные горючие вещества.

Эти вещества уже находятся в необходимом для горения состоянии. Для их возгорания требуется только высокая температура и определенная пропорция кислорода.

Газы, как и воспламеняющиеся жидкости, всегда образуют видимое пламя и не тлеют.

При хранении или образовании газов в закрытых емкостях в случае появления источника теплоты резко возрастает вероятность взрыва.

Ответ

Для успешного тушения пожара необходимо применение наиболее подходящего огнетушащего вещества, вопрос - о выборе которого должен быть решен практически мгновенно. Правильный его выбор позволит снизить повреждения судна и опасность для всего экипажа. Эта задача значительно облегчается введением классификации пожаров и подразделением их на четыре типа, или класса, обозначаемых латинскими буквами А, В, С, D. В каждый класс включены пожары, связанные с загоранием материалов, имеющих одинаковые свойства при горении и требующих применения одних и тех же огнетушащих веществ. Поэтому для успешной борьбы с пожаром совершенно

необходимо знание этих классов, а также характеристик горючести материалов, имеющихся на судне.

Классификация пожаров имеет несколько стандартов, например: ISO 3941 (стандарт Международной организации стандартов) и стандарт NFPA10 (National Fire Protection Association). Здесь приводится последний.

Пожары класса А - это пожары, связанные с горением твердых (образующих золу) горючих материалов, которые могут быть потушены с помощью воды и водных растворов. К таким материалам относятся: древесина и древесные материалы, ткани, бумага, резина и некоторые пластмассы.

Пожары класса В - это пожары, вызванные горением воспламеняющихся или горючих жидкостей, воспламеняющихся газов, жиров и других подобных веществ. Тушение этих пожаров осуществляют прекращением поступления кислорода к огню или предотвращением выделения горючих паров.

Пожары класса С - это пожары, возникающие при воспламенении находящегося под напряжением электрооборудования, проводников или электроустройств. Для борьбы с такими пожарами используют огнетушащие вещества, не являющиеся проводниками электричества.

Пожары класса D - это пожары, связанные с возгоранием горючих металлов: натрия, калия, магния, титана или алюминия и др. Для тушения таких пожаров используют теплопоглощающие огнетушащие вещества, например некоторые порошки, не вступающие в реакцию с горящими металлами.

Основная цель разработки такой классификации - помочь экипажам судов при выборе соответствующего огнетушащего вещества. Однако недостаточно знать, что вода - наилучшее средство борьбы с пожарами класса А, поскольку она обеспечивает охлаждение, или что порошок хорошо применять для сбивания пламени при горении жидкости, нужно уметь правильно подавать огнетушащее вещество, используя при этом точные технические приемы борьбы с огнем.

Для горения необходимы три элемента: горючее вещество, которое будет испаряться и гореть, кислород для соединения с горючим веществом и теплота для повышения температуры паров горючего вещества до момента их воспламенения. Символический пожарный треугольник иллюстрирует это положение и дает представление о двух важных факторах, необходимых для, предотвращения и тушения пожаров:

1) если одна из сторон треугольника отсутсгвует, пожар не может начаться;

2) если одну из сторон треугольника исключить, пожар погаснет.

Пожарный треугольник - простейшее представление трех факторов, необходимых для существования пожара, но он не поясняет природу пожара. В частности, он не включает цепную реакцию, возникающую между горючим веществом, кислородом и теплотой в результате химической реакции.

Горение

Горение - экзотермическая химическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессирующего самоускорения. Горение часто сопровождается ярким свечением (пламенем). Горением является, например, высокотемпературное окисление различных видов топлива (нефти, нефтепродуктов, газов и др.)

В упрошенном виде горение можно представить как химические реак­ции окисления углерода и/или водорода: С + O 2 = СO 2 / 2H 2 + O 2 = 2Н 2 O

В действительности при горении происходят гораздо более сложные физико-химические процессы.

Продукты горения .

Как видно из приведенных реакций продуктами горения являются углекис­лый газ и вода (водяной пар). Они и в действительности являются основ­ными продуктами горения, присутствуя практически во всех реакциях го­рения. Вместе с тем при горении образуется целый ряд других продуктов сгорания. Их состав зависит от вида горючих веществ и материалов, а так­же условий, в которых протекает горение.

Например, при спокойном сгорании углеродистых соединений (нефть, дерево) на открытом воздухе происходит, в основном, их полное сгорание, где в качестве газообразного продукта образуется углекислый газ. Если горение происходит в условиях, когда приток воздуха будет огра­ничен, например, в закрытых судовых помещениях: каюты, трюма, кладов­ки и др. происходит не полное сгорание и образуется наряду с другими га­зами высокотоксичная окись углерода, называемая часто угарным газом. 2C + O 2 = 2 CO.

Окись углерода (угарный газ) - ядовитый горючий газ, бесцветный и без запаха. Он несколько легче воздуха, его относительная плотность 0,97. В смеси с воздухом образует взрывоопасные концентрации в широких пределах: 12-75 % объемных. Предельно допустимая концентрация (ПДК) 20 мг/м 3 .

Возможность образования окиси углерода следует учитывать при ор­ганизации тушения судовых пожаров особенно в закрытых помещениях, и принимать необходимые меры по защите людей от ее агрессивных свойств.

На воздухе окись углерода сгорает синим пламенем, имея значитель­ную теплотворную способность 2CO + O 2 = 2CO 2 .

О других продуктах горения указано в Разделе 1 настоящего Пособия при характеристике классов горючих веществ.

Пожар

Пожар является одним из разновидностей горения. Под пожаром сле­дую понимать неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей.

2.3 Треугольник горения (" пожарный треугольник")

Для любого горения необходимы и достаточны три обязательных ус­ловия, указанных на схеме, т.е. чтобы треугольник горения был замкнутым. Однако, важно не просто наличие этих условий, а и нахождение их в соот­ветствующих пределах.

Горючее вещество (ГВ) - основа горения. Оно может быть твердым (дерево, ткани, резина, уголь и т.п.), жидким (нефтепродукты, спирты и т.п.) и газообразным (метан, ацетилен, водород, аммиак и т.п.), минимальные критические величины ГВ необходимые для горения, приведены в таблице 2.1 для некоторых газов и паров горючих жидкостей (ГЖ).

Таблица 2.1

При концентрациях ниже нижнего концентрационного предела взрываемости (НКПВ) горение паро/газовоздушной смеси не происходит из-за недостаточности ГВ. Эта зона считается безопасной. В пределах между НКПВ и верхним концентрационным пределом взрываемости (ВКПВ) зона является взрывоопасной. Концентрации выше ВКПВ считаются пожаро­опасными. Взрывы здесь не происходят из-за недостаточности окислителя. На границе объема с открытой средой возможно пламенное горение.

Окислитель - вторая сторона треугольника горения. Обычно в каче­стве окислителя при горении выступает кислород воздуха, однако могут быть и другие окислители – окислы азота: N 2 O 3 , NO 2 , N 2 O, Cl 2 и т.п.

Критическим показателем для кислорода воздуха, как окислителя, яв­ляется его концентрация в воздушной среде закрытого судового помещения в объемных пределах выше 12.. 14 %. Ниже этой концентрации горение аб­солютного большинства ГВ не происходит (нефть и нефтепродукты, дере­во и изделия из него, бумага, ткани и другие). Однако некоторые ГВ спо­собны гореть и при более низких концентрациях кислорода в окружающей газовоздушной среде.

Как видно из таблицы 4.1. горение ацетилена и водорода возможно при концентрации кислорода 4-5 %. При 6 % кислорода способно продол­жать горение комовой серы и ряда других ГВ.

Источник воспламенения - является третьей составляющей тре­угольника горения. Он также имеет свои критические показатели. Напри­мер, пары нефтепродуктов не способны поджечь так называемые фрикци­онные искры (искра, возникающая при соударении металла о металл), хотя эфиры она может легко поджечь. Аммиак загорается при горении головки спички (600-700°С), но, как правило, температуры горения спичечной со­ломки недостаточно для этого.

Твердые, жидкие и горючие газообразные вещества, наряду с други­ми, свойственными каждому из них физико-химическими свойствами, об­ладают способностью загораться без прямого воздействия источника вос­пламенения - самовоспламеняются.

Самовоспламенение - это быстрое самоускорение экзотермической химической реакции, приводящее к появлению яркого свечения - пламени.

Самовоспламенение происходит в результате того, что при окислении материала кислородом воздуха образуется тепла больше, чем успевает от­водиться за пределы реагирующей системы. Для жидких и горючих газообразных веществ это возникает при критических параметрах температуры и давления.

Организация и проведение пожарно-профилактической работы, на­правленной на недопущение возникновения пожара, основывается на том, чтобы показатель хотя бы одной из сторон треугольника горения был ниже минимально необходимой величины.

Если горение возникло (треугольник замкнулся), действия участников тушения пожара должны быть направлены на то, чтобы вывести эти пока­затели (хотя бы один) за пределы критических величин (разорвать тре­угольник) - это и есть теоретическая основа горения и его тушения.

Условия возникновения пожара. Пожар на судне - страшное бедствие. Пожары происходят в результате возгорания каких-либо предметов, материалов или веществ в помещениях или на палубе судна и, хотя составляют примерно 5% от всех аварий судов, по тяжести последствий стоят на первом месте. Статистика утверждает, что, как правило, 20% пожаров заканчиваются гибелью или полным конструктивным разрушением судна. Причина заключается в том, что в ограниченном объеме судового корпуса и надстроек находится слишком много горючих веществ и материалов: топливо, моторное масло, дерево, ткань, пластик, краски. Более того, если в течение 15 мин пожар не удается взять под контроль, то судно спасти не удается.

Горением называется физико-химический процесс, сопровождающийся выделением теплоты и излучением света. При этом происходит быстропротекающая реакция окисления химических элементов горючего вещества кислородом воздуха.

Модель процесса горения, в первом приближении, представляет собой, так называемый, пожарный треугольник: горючее вещество (которое может испаряться и гореть) - кислород (для соединения с горючим веществом) - теплота (для повышения температуры паров горючего вещества до момента их воспламенения). На основе символического пожарного треугольника можно сделать вывод о двух важных факторах, необходимых для предотвращения и тушения пожара:

1) при отсутствии одного из элементов треугольника пожар не возникает;

2) при изъятии одной из составляющих треугольника пожар погаснет.

Однако пожарный треугольник не полностью поясняет природу горения. Так, например, может быть бескислородное горение (например, магний в атмосфере хлора) и псевдобескислородное (хлопок, жмых, уголь), а также может отсутствовать источник воспламенения (самовозгорание хлопка, жмыха). Кроме того, не принимается во внимание такой важнейший фактор, как цепная реакция, возникающая между горючим веществом, кислородом и теплотой. В этих случаях тактика тушения, основанная на классическом пожарном треугольнике, может оказаться малопригодной.

Более наглядное представление о процессе сгорания дает пожарный тетраэдр (многогранник с четырьмя треугольными гранями). В нем имеется место и для цепной реакции - грань цепной реакции удерживает остальные три грани от падения.

Воспламенение является началом пожара. При этом происходит окисление миллионов молекул паров, которые распадаются на атомы и в соединении с кислородом образуют новые молекулы. Этот процесс сопровождается выделением тепловой и световой энергии, способствующей более интенсивному парообразованию и активизации горения. Воспламеняется все большее и большее количество паров, пожар продолжает развиваться, пламя разрастается с выделением все большего количества теплоты. В этом заключается суть цепной реакции горения.

Через какое-то время количество паров, выделяющихся из горючего вещества, достигает максимума и больше не увеличивается. Горение начинает протекать с устойчивой скоростью, т.е. стабилизируется. После того как израсходуется основная часть горючего вещества, соответственно уменьшается количество окисляющихся паров и образование теплоты. Процесс постепенно начинает затухать и пожар угасает. После сгорания твердых веществ остается зола, которая может в течение некоторого времени тлеть. Жидкие горючие вещества сгорают полностью.

Классификация пожаров . Для успешного тушения пожара необходимо очень быстро решить вопрос о применении наиболее подходящего огнетушащего средства. От этого зависит эффективность борьбы с пожаром и, как результат, уменьшение повреждений судна и сохранение жизни экипажа. Выбор огнетушащих средств зависит от характеристик горючести материалов, находящихся на судне.

Все пожары в мировой практике подразделяют на четыре основные группы или класса: А, В, С и D (стандарт NFPA10). Однако в реальных условиях редко бывают пожары одного класса, так как горение одного вещества, как правило, переходит в другое или вызывает третье. Но, тем не менее, сначала рассмотрим отдельно все четыре класса пожаров:

А - пожары, при которых воспламеняются и горят твердые, образующие золу, горючие материалы - древесина и древесные материалы, текстильные и волокнистые материалы, бумага, некоторые пластмассы и резина. При тушении пожара класса А применяют воду и водные растворы, которые являются средством охлаждения;

В - пожары, связанные с горением воспламеняющихся или горючих жидкостей, воспламеняющихся газов, жиров и других подобных веществ. В этом случае борьбу с такими пожарами ведут прекращени­ем поступления кислорода к огню или предотвращением выделения горючих паров (поверхностное или объемное тушение);

С - пожары, вызванные горением электрооборудования и электроустройств, находящихся под напряжением. Для борьбы с пожарами класса С используют огнетушащие вещества, не являющиеся провод­никами электричества;

D - пожары, возникающие при воспламенении горючих металлов

Натрия, калия, магния, титана и др. Борются с такими пожарами путем применения теплопоглощающих огнетушащих веществ, не вступающих в реакцию с горящими металлами (порошки специального назначения).

На практике, в реальных судовых условиях нередко возникают пожары, совмещающие два класса. Наиболее часты следующие сочетания:

Пожары классов А и В - одновременно горят твердые горючие вещества и горючие жидкости и воспламеняющиеся газы;

Пожары классов А и С - одновременно горят твердые горючие вещества и электрооборудование;

Пожары классов В и С - одновременно горят горючие жидкости (газы) и электрооборудование.

Полная и объективная информация о том, что горит и где находится пожар, является важным условием успешной ликвидации пожара.

Распространение пожара . Борьбу с пожаром важно начать на раннем этапе с использованием эффективных огнетушащих средств. Это позволит не допустить его выхода за пределы того помещения, в котором произошло возгорание. Если же пожар не удается взять под контроль, локализовать в ранней стадии, то интенсивность его распространения возрастает, чему способствуют следующие факторы: теплопроводность металлических конструкций судна; лучистый теплообмен, вызванный высокой температурой; конвективный теплообмен, возникающий при движении потоков нагретых газов, дыма и воздуха.

Теплопроводность представляет собой передачу теплоты через твердые тела. Большинство судовых конструкций выполнено из металла, обладающего высокой теплопроводностью. Это способствует передаче большого количества теплоты и распространению пожара с одной палубы на другую, из одного отсека в другой. Под воздействием теплоты от пожара краска на переборках начинает желтеть, а затем вспучиваться. В соседнем с пожаром отсеке повышается температура и при наличии в нем горючих веществ возникает дополнительный очаг пожара.

Пол лучистым теплообменом понимается передача теплоты от источника через пространство. Образованию лучевых потоков теплоты, распространяющихся прямолинейно во все стороны, способствует высокая температура в очаге пожара. Судовые конструкции, встречающиеся на пути теплового потока, частично его отражают, частично передают дальше или поглощают. В результате температура поглощающего тела увеличивается. Вследствие лучистого теплообмена могут воспламениться горючие материалы, находящиеся на его пути. Особенно интенсивно теплота излучения действует внутри судовых помещений или; в зависимости от конструктивных особенностей судна, даже на значительном расстоянии от очага пожара. Лучистый теплообмен создает значительные трудности при приближении к пожару, поэтому операция по ликвидации пожара требует применения специальных защитных средств для людей.

Явление конвективного теплообмена - процесс переноса теплоты при распространении горячего воздуха, дыма и нагретых газов, образующихся при пожаре. Пути передвижения теплоты по судовым помещениям можно предсказать. Нагретые газы, дым и воздух поднимаются вверх, их место занимает холодный воздух, который в свою очередь нагревается и также поднимается вверх. После охлаждения воздух и дым опускаются, вновь Нагреваются и опять поднимаются. Создается естественный конвективный теплообмен, который может стать причиной возникновения дополнительных очагов пожара. Если вертикальный путь ограничен, то горячий воздух и газы движутся горизонтально по коридорам, вверх через трапы и люковые вырезы, вызывая воспламенение находящихся на их пути горючих материалов.

Условия ликвидации пожара . Пожар можно ликвидировать следующими способами: удалить горючее вещество, перекрыть доступ кислорода, аннулировать источник теплоты, разрушить цепную реакцию пожара.

Удаление горючего вещества - способ трудно реализуем, так как удалить горючее вещество непосредственно из очага пожара практически невозможно. Его используют для предупреждения распространения пожара, для чего убирают все горючие вещества, находящиеся вблизи пожара.

Прекращение поступления кислорода - наиболее эффективно применение этого способа в закрытых помещениях. Пожар прекращается при уменьшении содержания кислорода в воздухе ниже 16%. Свойствами изоляции пожара от притока свежего воздуха обладают мелкораспыленная вода, огнетушащие порошки специального назначения, пена, углекислый газ. Однако необходимо помнить, что некоторые вещества, относящиеся к классу окислителей (нитраты, хроматы, хлораты и др.), при нагревании сами выделяют кислород, и их горение нельзя локализовать, прекратив поступление воздуха.

Прекращение потока теплоты - наиболее распространенный способ. Подача в зону пожара веществ, обладающих большой теплопро­водностью, например, воды может замедлить или прекратить теплопередачу за счет проводимости. Распыленная струя воды более эффективно поглощает теплоту, чем компактная, поскольку мелкие частицы воды воздействуют на большую поверхность источника теплоты. При этом расходуется меньшее количество воды и снижается опасность ухудшения остойчивости судна.

Прерывание цепной реакции - способ эффективен для предупреждения взрывов. В зону пожара подаются специальные вещества, которые воздействуют непосредственно на молекулярную структуру соединений, образующихся в ходе цепной реакции пожара.

4.2. ОСОБЕННОСТИ И ПРИЧИНЫ ПОЖАРОВ НА СУДАХ,
МЕРЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

Особенности пожара на судне. Пожар в судовых условиях быстро распространяется и очень тяжело локализуется, чему способствуют следующие факторы:

Наличие скрытых путей распространения по судну огня и дыма, создающих неконтролируемые газовые и воздушные потоки, переносящие теплоту по судовым помещениям;

Наличие большого количества горючих материалов и металлических конструкций, нагревающихся до высоких температур;

Быстрое распространение по судовым помещениям дымовых газов, содержащих высокотоксичные вещества, что затрудняет действия экипажа по ликвидации пожара;

Вероятность взрывов в судовых емкостях, хранящих воспламеняющиеся жидкости и сжатые газы;

Большое количество электрооборудования и электрических цепей, обесточивание которых нарушает работу средств пожаротушения;

Ограниченные возможности применения водотушения из-за опасности потери остойчивости судна;

Загроможденность судовых помещений, создающая дополнительные трудности при тушении пожара.

Нарушение установленного режима курения . Наиболее распространенная причина судовых и береговых пожаров - нарушение установленного режима курения, небрежность при обращении с горящими сигаретами, сигарами, трубочным табаком и спичками.

Горящая сигарета имеет температуру около 500 °С, что достаточно для того, чтобы вызвать возгорание многих горючих материалов и особенно воспламеняющихся жидкостей. На судне, в отведенных для курения местах должны быть установлены урны из негорючего материала, куда следует вытряхивать пепельницы, бросать спички, окурки и горящий трубочный табак. Окурки рекомендуется предварительно смачивать водой, что обеспечивает дополнительную защиту от пожара.

На сухогрузном судне курение разрешается в каютах только при наличии пепельниц. Курение в постели всегда чревато опасностью и поэтому должно быть исключено. Это связано с тем, что при попадании горящего табака на постельное белье может возникнуть тлеющий пожар, а образующийся при этом дым может вызвать удушье прежде, чем пожар будет обнаружен.

Запрещается курение на открытых палубах во время бункеровки и при перегрузочных операциях с воспламеняющимися и взрывоопасными грузами. Грузчики, портовые рабочие и посетители должны быть ознакомлены с правилами курения на борту. В соответствующих местах должны быть вывешены таблички «Не курить!». Во время погрузки существует повышенная пожароопасность, а пожар в грузовом трюме может оставаться не выявленным в течение нескольких дней после выхода судна в море. Поэтому во время погрузо-разгрузочных работ за трюмами нужно вести наблюдение.

Запрещается курение в Машинных и котельных помещениях, где содержится большое количество нефтепродуктов. От зажженной спички или горящего табака может произойти возгорание паровоздушной смеси. От брошенного окурка может возникнуть пожар промасленной ветоши или других воспламеняющихся материалов.

В кладовых помещениях, например, фонарной, малярной, тросовой кладовой и плотницкой, где хранятся горючие вещества, курение должно быть категорически запрещено. На наружной двери помещения аккумуляторов должен быть нанесен знак «Осторожно! Опасность взрыва».

На танкере курение разрешается в одном - двух помещениях, установленных приказом по судну. На химовозе не только курение, но и хранение спичек и табака разрешено только в специальном помещении. На газовозе курение запрещено полностью. На видных местах должны быть нанесены, а у трапа выставлены, предупредительные надписи «Не курить!» (на русском и английском языках).

В иностранных портах курение на судне регламентируется портовыми властями, о чем экипаж должен быть оповещен до захода в порт.

Самовозгорание. Одной из причин возникновения пожара на судне может стать самовозгорание, так как многие применяемые материалы подвержены этому опасному явлению.

Возможно самовозгорание как перевозимого груза, так и материалов, используемых в повседневной работе: ветоши, пакли, парусины, постельных принадлежностей, одеял и других абсорбирующих (поглощающих) материалов, хранящихся во влажном виде навалом, в тюках и связках. Вероятность самовозгорания сильно возрастает в том случае, если эти материалы пропитаны органическими, растительными маслами или животными жирами. Например, при хранении промасленной ветошное теплом, плохо проветриваемом помещении масло начинает окисляться, т.е. вступать в химическую реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе. Окисление сопровождается выделением теплоты, которая активизирует процесс окисления. Поскольку тепло не удаляется за счет вентиляции, оно скапливается вокруг ветоши. Температура ветоши растет, она воспламеняется - возникает очаг пожара. Поэтому промасленную ветошь следует хранить в специальном металлическом ящике и своевременно удалять из машинного помещения.

Самовозгоранию подвержены и некоторые грузы: уголь, кормовая мука, хлопок, рыбий жир, арахис, льняное масло, ткани всех видов, пропитанные лаком, и другие грузы подкласса 4.2. согласно Правилам перевозки опасных грузов (МОПОГ).

Отмечены случаи самовозгорания промасленных металлических опилок и стружек. Теплота здесь выделяется за счет окисления масла, находящегося внутри груды металлических отходов. Вначале за счет выделившейся теплоты воспламеняются наиболее размельченные металлы, а затем и более крупные стружки и другие горючие материалы, находящиеся внутри груды.

Деревянные конструкции при длительном воздействии на них низкотемпературных источников теплоты также могут самовозгораться. В начальной стадии дерево постепенно обугливается, а затем воспламеняется образовавшийся древесный уголь, температура воспламенения которого значительно ниже, чем у дерева. Первым признаком является появление дыма, исходящего от дерева.

Металлические порошки магния, титана, циркония и кальция в присутствии воздуха и влаги быстро окисляются, в определенных условиях это может привести к самовозгоранию.

Размельченный уголь является опасным грузом. Его воспламене­ние зависит от следующих факторов:

Географического расположения месторождения;

Размеров дробления и соотношения мелкодробленных частиц и кусков;

Времени дробления;

Химической структуры, включая примеси;

Неисправность электрических цепей и оборудования. Судовое электрооборудование работает в тяжелых условиях: вибрация судна; влажный, пропитанный солью воздух; блуждающие токи, образующиеся в стальном корпусе. Если оно используется с хорошей изоляцией и правильно выполненными кабельными трассами, то является безопасным источником энергии. Неисправное же электрооборудование может привести к превращению электрической энергии в тепловую и стать источником пожара.

Наиболее легко повреждается изоляция электрических кабелей, особенно для нагревательных приборов, электрического переносного инструмента и др., которая со временем становится хрупкой и растрескивается. Кроме того, изоляция может протираться насквозь и разрываться в результате небрежного обращения или под воздействием вибрации судна. При повреждении изоляции один оголенный провод может вызвать явление электрической дуги с любым металлическим предметом. При оголении обоих проводов может произойти короткое замыкание, что сопровождается выделением такого количества тепла, от которого может воспламениться изоляция кабелей и другие, находящиеся вблизи предметы.

Открытая электрическая лампочка при непосредственном соприкосновении с горючим материалом может вызвать его воспламенение. Например, при качке судна занавесь или другой горючий материал может воспламениться при соприкосновении с зажженной электрической лампочкой. Такие случаи возникновения пожара на судах имели место. Поэтому необходимо установить правило - при уходе из помещения все электронагревательные, осветительные и телерадиоприборы должны быть выключены, а вилки - вынуты из штепсельных розеток.

Установленные на открытых палубах мощные рефлекторы обычно защищены парусиновыми или пластмассовыми чехлами. При включении рефлекторов чехлы необходимо снимать, так как под влиянием тепла, исходящего от лампы, чехол может воспламениться.

Кабели любой электрической цепи рассчитаны на определенную максимальную нагрузку. Перегрузка электрической цепи подключением дополнительных потребителей вызывает нагрев проводов, что может привести к воспламенению изоляции и находящихся поблизости горючих материалов. Особую опасность представляют временные электрические выводы («времянки»), особенно в жилых помещениях. Запрещается использовать нештатные предохранители.

Электрооборудование машинных отделений требует регулярного осмотра, испытаний, смазки и чистки. При неисправном состоянии может наблюдаться искрообразование в коллекторах электрических машин и в пускорегулирующей аппаратуре, короткое замыкание и появление дуги в электродвигателе и распределительных щитах. Это, в свою очередь, может вызвать воспламенение изоляции и находящихся поблизости горючих материалов.

Разряды атмосферного и статического электричества . Конструкции судна, значительно возвышающиеся над палубой - мачты, надстройки, антенны, особенно подвержены поражению молнией. На этих конструкциях резко возрастает напряженность электрического поля и создаются условия для электрического разряда. Особенно большую опасность грозовые разряды представляют для судов, перевозящих нефтепродукты и другие опасные грузы.

Простым и надежным средством защиты от разрядов атмосферного электричества на судах является установка на мачтах стержневых молниеотводов, создающих зону защиты над всеми конструкциями судна. Во время грозы антенны судна должны быть заземлены.

Заряды статического электричества возникают при трении диэлектрика о металл или трения двух диэлектриков. В современном судостроении широко применяют различные синтетические материалы для изготовления узлов механизмов и отделки помещений, что создает условия для возникновения значительных зарядов статического электричества. Накопление статического электричества вызвано движением газов, паров и пыли по вентиляционным каналам, жидкостей по трубопроводам и трением твердых веществ. Разность потенциалов ста­тического электричества в судовых помещениях может достигать 20-50 кВ, в то время как электрический разряд при разности потенциалов 3 кВ может воспламенить большинство горючих газов.

Для предотвращения образования опасных зарядов статического электричества применяют заземление всех изолированных частей судового оборудования, а также трубопроводов и шлангов, предназна­ченных для перекачивания огнеопасных жидкостей.

С целью снижения опасности возникновения зарядов статического электричества в начальный период заполнения грузового нефтепровода и грузовой системы судна, перевозящего нефтеналивные грузы, скорость истечения нефтепродукта на должна превышать 1 м/с, а в дальнейшем процессе грузовой операции - 8 м/с.

Воспламенение горючих жидкостей и газов . На судах хранится большое количество горючих жидкостей: топливо для главных и вспомогательных дизелей, смазочные материалы; спирт, бензин и керосин для технических целей; лакокрасочные материалы и растворители. Широко применяемые в современных дизелях тяжелые топлива требуют подогрева и перекачки в расходные или отстойные цистерны. При соблюдении соответствующих правил, во время перекачки под давлением само жидкое топливо не представляет пожарной опасности. Однако этот процесс сопровождается выделением легких фракций, которые могут легко воспламениться.

Значительную часть горючих жидкостей хранят в специально оборудованных цистернах, некоторые виды хранят в переносных емкостях - бидонах, бочках, банках. При нагреве от источника теплоты горючие жидкости могут воспламеняться, а при определенных условиях - стать причиной взрыва.

Воспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки ниже 43 °С должны храниться в вентилируемых кладовых в специально оборудованных цистернах или металлических банках с плотными крышками.

Все утечки нефтепродуктов необходимо устранять немедленно во избежание их попадания на нагретые поверхности механизмов. Особое внимание следует обращать на потенциальную возможность возникновения пожара от пламени, искрообразования или курения.

Подогрев нефтепродуктов в открытых цистернах допускается до температуры на 15 °С ниже температуры вспышки.

В качестве бункерного топлива на суда можно принимать топливо с температурой вспышки не ниже 61 °С.

Нарушение правил производства работ с применением открытого огня . Во время эксплуатации судна все работы, связанные с применением открытого огня (электросварочные, газосварочные, резка металла, паяльные работы и т.п.) можно выполнять только с письменного разрешения капитана по представлению старшего механика и под его личным руководством.

В аварийных случаях допускается производить огневые работы на судне по устному разрешению капитана под руководством и наблюдением ответственного лица командного состава судна. При этом должны быть приняты меры, исключающие возможность взрыва или возникновения пожара.

Работы с применением электрогазосварки должны производиться в специально оборудованных помещениях, одобренных пожарной инспекцией и Регистром. К выполнению огневых работ может допускаться только специалист, имеющий соответствующее квалификационное свидетельство (сертификат).

Сварочные работы в судовых помещениях (отсеках, цистернах, котлах и т.п.) можно выполнять только в случаях крайней необходимости по решению капитана с проведением необходимой подготовки, обеспечивающей их безопасность (удалить горючие материалы, оборудовать пожарный пост, выставить наблюдателей). Особую опасность представляют работы в закрытых емкостях.

Категорически запрещаются электрогазосварочные работы и пользование открытым огнем: при бункеровке одновременно с покрасочными работами; во время грузовых операций с взрыве-, пожароопасными грузами; в помещениях, где возможно образование взрывоопасных смесей (аккумуляторные, фонарные, малярные, шкиперские, кладовые сухих продуктов), в местах промывки деталей механизмов, вблизи вскрываемых цистерн для хранения нефтепродуктов, а также на наливных судах в период мойки и дегазации грузовых танков.

Противопожарный режим в машинных помещениях. Из всех судовых пожаров около 25% приходится на машинные помещения. Такие пожары очень опасны, так как создают серьезную угрозу жизнеспособности судна - вызывают потерю хода и управления, возникает опасность выхода из строя систем энергообеспечения и пожаротушения.

С первых же минут пожара создается сильное задымление и развивается высокая температура, вверх поднимаются раскаленные газы - все это препятствует проникновению или выходу из машинного помещения, создает значительные трудности в ликвидации пожара.

Тушение пожара в первый момент производят первичными огнега-сительными средствами. Одновременно останавливают топливный насос и главный двигатель, выключают вентиляцию, запускают пожарный насос, в районе пожара отключают электропитание, частично герметизируют само помещение, готовят к действию основные средства пожаротушения.

В большинстве случаев для тушения пожара применяют мелкораспыленную воду, пену, порошковые составы. Выброс пламени из вентиляционных труб тушат кошмами с последующей подачей распыленной воды для охлаждения нагретых мест.

Для предупреждения пожаров в машинных помещениях необходимо строго выполнять следующие мероприятия:

Промасленную ветошь хранить в металлическом ящике и удалять каждую вахту, сжигать ее в топке котла запрещается;

Все нагревающиеся части механизмов окрашивать негорючей краской;

Своевременно осушать льяла и не допускать скапливания нефтепродуктов под плитами;

Немедленно устранять все утечки и переливы нефтепродуктов;

Запрещается хранить легковоспламеняющиеся нефтепродукты, краски и лаки;

Все деревянные и другие горючие материалы, входящие в комплект машинного аварийного имущества, должны быть пропитаны огнестойкими составами.

4.3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ
НА СУДНЕ, ОБНАРУЖЕНИЕ ПОЖАРА

Основные положения . Наиболее важная часть противопожарной защиты - профилактика пожара, которая содержит следующие конструктивные и организационные мероприятия: обеспечение конструктивной защиты, соблюдение противопожарного режима, подготовку экипажа, постоянную готовность средств обнаружения пожара и средств активной борьбы с пожарами, четкое знание и выполнение нормативных требований по обеспечению живучести судна.

Предупреждение пожаров - это общая задача и обязанность всех членов экипажа, а не какого-то конкретного лица или группы лиц. Никакие усилия, никакая программа не дадут положительного результата, если каждый член экипажа не будет сам, сознательно принимать участие в противопожарной безопасности.

Капитан судна несет ответственность за создание на судне атмосферы сотрудничества, доброжелательности и творческой инициативы в вопросах общей безопасности и пожарной в частности.

По требованию Конвенции СОЛАС-74 на каждом судне должен быть план противопожарной защиты (Fire plan), составленный на национальном и английском языках, один экземпляр которого помещается в доступном месте. Этот план содержит информацию о противопожарных конструкциях, сигнальных датчиках, проходах, гидрантах, системах пожаротушения, огнетушителях с указанием всех помещений на каждой палубе последовательно.

На судне должна быть разработана Программа предупреждения пожара на судне, содержащая следующие разделы:

Занятия и неофициальные собеседования;

Периодические проверки;

Техническое обслуживание и ремонт;

Оценка действий и: поощрения.

Каждый член экипажа, а командный состав в особенности, обязаны знать:

Правила использования противопожарных систем и средств, имеющихся на судне;

Характеристики огнетушащих веществ и ограничения в их применении, токсичность огнегасителей;

Основы химических процессов горения (цепную реакцию горения);

Условия возникновения и поддержания пожара (пожарный треугольник и тетраэдр, роль кислорода и теплоты в разрушении пожарного треугольника и тетраэдра);

причины возникновения и пути распространения пожара по судну; типы горючих веществ;

опасные факторы пожара (пламя, теплота, газ и дым); классы пожарив (А, В, С и D и их сочетания); структуру и поражающие факторы газов сгорания (газообразных продуктов неполного сгорания горючего вещества);

Правила использования имеющихся на судне изолирующих средств защиты органов дыхания и кожи;

Конструкцию систем вентиляции помещений, места выключения вентиляторов, перекрытия вентиляционных закрытий.

При организации борьбы с пожаром надо учитывать, что члены экипажа не являются профессиональными пожарными, поэтому под­вергать их неоправданному риску недопустимо; риск оправдан только в случае спасения других человеческих жизней.

Четвертое условие риска, закрепленное в Положении о расследовании аварийных случаев с судами (ПРАС-90), гласит: «Объектом риска могут быть материальные предметы, но не жизнь человека».

Системы обнаружения пожара . На судах применяются следующие системы обнаружения пожара: автоматические, дымосигнальные, системы с ручными пожарными извещателями, дозорная служба и система вахтенных, а также сочетание упомянутых систем.

Автоматические системы позволяют обнаружить пожар в ранней стадии, указывают точное место его возникновения и повышают вероятность его локализации. В комплект системы входят основной и аварийный источники питания, приемное устройство, пожарные извеща-тели, звуковые и световые сигнальные устройства.

Пожарные извещатели устанавливаются в защищаемом помещении и реагируют на повышение температуры, появление дыма, пламени и некоторых других признаков пожара. На судах наибольшее распространение получили тепловые извещатели, срабатывающие под воздействием теплоты, выделяющейся при пожаре. Различают максимальные, дифференциальные и комбинированные максимально-дифференциальные извещатели.

Извещатели дымосигнальных систем срабатывают на ранней стадии пожара, когда тепловые извещатели еще на него не реагируют. Принцип их действия основан на проверке пробы воздуха на содержание в нем дыма. На судах наиболее широко применяют фотоэлектрические дымовые извещатели двух типов: лучевые и рефракционные.

Приемные устройства системы с ручными пожарными извещателями обычно размещают в коридорах, выгородках трапов и других помещениях. Они окрашиваются в красный цвет, имеют номер, соответствующий пожарной зоне, и надпись: «При пожаре разбить стекло».

Судовые системы обнаружения пожара в случае возникновения возгорания подают звуковые и световые сигналы в рубку или в центральный пожарный пост (а при длине судна более 50 м - и в машинное помещение). Звуковой сигнал продолжает звучать, а световой гореть до тех пор, пока их не отключат вручную.

При срабатывании сигнала тревоги вахтенный штурман выясняет причину срабатывания пожарной сигнализации и, если она не ложная, подает сигнал общесудовой тревоги.

Действия при обнаружении пожара . При всех случаях обнаружения очагов пожара или его первых признаках (появление дыма, запаха гари) каждый член экипажа должен немедленно сообщить через ближайший извещатель или любым другим способом об этом вахтенному начальнику. Не ожидая дальнейших указаний, член экипажа должен загерметизировать очаг пожара, не допуская сквозняка в помещении, охваченном огнем, и принять энергичные меры для ликвидации или локализации пожара всеми имеющимися вблизи средствами пожаротушения. При обнаружении пожара двумя или несколькими членами экипажа одному из них следует подать сигнал тревоги, а остальным нужно попытаться потушить пожар имеющимися под рукой средствами. После прибытия на место обнаружения пожара лиц командного состава доложить им обстановку и далее действовать по их указаниям.

Сообщать следует даже о тех пожарах, которые прекратились сами собой в связи с отсутствием горючего материала или кислорода. Анализ условий возникновения пожара поможет в дальнейшем вскрыть причины его возникновения и принять соответствующие меры.

Вахтенный начальник при получении сигнала или доклада о пожаре немедленно объявляет общесудовую тревогу. Одновременно по судовой радиотрансляционной сети (или другим способом) объявляется место обнаружения пожара. Если к этому времени точное место пожара неизвестно, объявляется район судна, откуда поступило сообщение о пожаре (о первых его признаках).

Попытка установить точное место пожара таит в себе скрытую опасность. Дело в том, что при открытии двери в помещение, где по предположению находится очаг пожара, туда поступит большое количество кислорода, и огонь с нагретыми газами вырвутся наружу. Человек может получить тяжелые ожоги, а огонь будет распространяться все дальше и дальше. Поэтому не следует действовать опрометчиво и открывать дверь до тех пор, пока не подоспеет помощь и не будет доставлен рукав для тушения пожара. Вначале следует охладить дверь водой, встать в стороне от дверного проема и лишь потом ее открыть.

Первоначальное сообщение о возникновении пожара имеет чрезвычайно важное значение по следующим причинам:

1) определяется конкретное место работы пожарной группы;

2) дается информация о типе пожара, позволяющая произвести необходимую подготовку;

3) знание точного места возникновения пожара позволяет принять решение о необходимости отключения определенных систем вентиляции;

4) дается возможность установить, какие двери и люки следует закрыть для локализации пожара.

Установив точное место возгорания, приступают к действиям в соответствии с планом по борьбе с пожаром.

После определения типа пожара (какие горючие вещества горят) принимается решение о применении того или иного огнетушащего ве­щества, требуемом способе атаки, способе предотвращения распространения огня, количестве людей, необходимого для тушения пожара, и др.

Если пожар небольшой, то вполне возможно, что он может быть потушен несколькими членами экипажа, первыми прибывшими к месту пожара. При серьезной ситуации требуется четкое определение поставленных задач, координация использования людей и техники. Важное значение имеет установление надежной связи между командиром аварийной партии и главным командным постом (например, с помощью носимых радиостанций).

При возникновении на судне аварийной ситуации, в том числе и пожара, капитан передает сообщение об этом судовладельцу и постоянно поддерживает с ним связь. Оценивается угроза пассажирам (на пассажирских судах), экипажу, судну, грузу и при необходимости готовятся спасательные средства к спуску.

В случае возникновения пожара на причале или соседнем судне при стоянке в порту капитан или лицо, его замещающее, по обычаю и законодательству большинства стран должен оказать помощь в тушении пожара своими силами и средствами, предварительно обеспечив безопасность своего судна. Если опасность для своего судна возникла во время оказания помощи, то такая опасность является приоритетной.

При нахождении в порту вызывается береговая пожарная команда, готовятся шланги и переходники для подключения к береговой пожарной магистрали. Взаимодействие с береговыми пожарными командами (особенно иностранными) имеет свои особенности: в подав­ляющем большинстве случаев они пожар не тушат, а локализуют его по внешнему контуру; прежде чем приступить к борьбе с огнем, требуют, чтобы экипаж покинул судно. Поэтому отказ покинуть судно равносилен отказу от помощи береговых пожарных команд с их более мощными средствами тушения и технической оснащенностью.

Известно, что для возникновения горения необходимо наличие:
1. Горючего вещества
2. Окислителя
3. Источника зажигания (энергетический импульс)
Эти три составляющие часто называют треугольником пожара. Если исключить одну из них, то горение возникнуть не может. Это важнейшее свойство треугольника используется на практике для предотвращения и тушения пожаров.

Воздух и горючее вещество составляют систему, способную гореть, а температурные условия обуславливают возможность самовоспламенения и горения системы.

Наибольшая скорость горения получается при горении вещества в чистом кислороде, наименьшая (прекращение горения) – при содержании 14–15% кислорода.

Горение веществ может происходить за счет кислорода, находящегося в составе других веществ, способных легко его отдавать. Такие вещества называются окислителями. Приведем наиболее известные окислители.

· Бертолетова соль (KClO 3).

· Калийная селитра (KNO 3).

· Натриевая селитра (NaNO 3).

В составе окислителей содержится кислород, который может быть выделен путем разложения соли, например:

2 KClO 3 = 2KCl + 3 O 2

Разложение окислителей происходит при нагревании, а некоторых из них даже под воздействием сильного удара.

2. Продукты горения. Полное и неполное сгорание. Экологические аспекты процессов горения.

В процессе горения образуются продукты сгорания. Состав usшвисит от горящего вещества и условий горения. Продукты сгорания, за исключением окиси углерода, гореть не способны.

Дым, образующийся при горении органических веществ, содержит твердые частицы и газообразные продукты (углекислый газ, окись углерода, азот, сернистый газ и другие). В зависи­мости от состава веществ и условий их горения получается различный по содержанию дым. Дымы, образующиеся при горении разных веществ, отличаются не только составом, но цветом и запахом. По цвету дыма можно определить, какое вещество горит, хотя цвет дыма изменяется в зависимости от условий трения. При горении древесины дым имеет серовато-черный пнет; бумаги, сена, соломы - беловато-желтый; ткани и хлоп­ка- бурый; нефтепродуктов - черный и т. д.

Продукты горения – это газообразные, жидкие или твердые вещества, образующиеся в процессе горения. Состав продуктов сгорания зависит от состава горящего вещества и от условий его горения. Органические и неорганические горючие вещества состоят, главным образом, из углерода, кислорода, водорода, серы, фосфора и азота. Из них углерод, водород, сера и фосфор способны окисляться при температуре горения и образовывать продукты горения: СО, CO 2 , SO 2 , P 2 O 5 . Азот при температуре горения не окисляется и выделяется в свободном состоянии, а кислород расходуется на окисление горючих элементов вещества. Все указанные продукты сгорания (за исключение окиси углерода СО) гореть в дальнейшем больше не способны. Они образуются при полном сгорании, то есть при горении, которое протекает при доступе достаточного количества воздуха и при высокой температуре.

Углекислый газ или двуокись углерода (СО 2) – продукт полного горения углерода. Не имеет запаха и цвета. Горение магния, например, происходит в атмосфере углекислого газа по уравнению:

CO 2 +2 Mg = C + 2 MgO.

При концентрации углекислого газа в воздухе, превышающей 3-4.5%, нахождение в помещении и вдыхание газа в течение получаса опасно для жизни.

Оксид углерода или угарный газ (СО) – продукт неполного сгорания углерода. Этот газ не имеет запаха и цвета, поэтому особо опасен.

Сернистый газ (SO 2) – продукт горения серы и сернистых соединений. Бесцветный газ с характерным резким запахом.

Дым При горении многих веществ, кроме рассмотренных выше продуктов сгорания выделяется дым – дисперсная система, состоящая из мельчайших твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в каком-либо газе.

При неполном сгорании органических веществ в условиях низких температур и недостатка воздуха образуются более разнообразные продукты – окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и другие сложные химические соединения. Они получаются при частичном окислении как самого горючего, так и продуктов его сухой перегонки (пиролиза). Эти продукты образуют едкий и ядовитый дым. Кроме того, продукты неполного горения сами способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Такие взрывы бывают при тушении пожаров в подвалах, сушилках и в закрытых помещениях с большим количеством горючего материала. Рассмотрим кратко свойства основных продуктов горения.

Экологические аспекты процессов горения. Применение природного газа позволяет уменьшить загрязнение атмосферы оксидам серы, твердыми частицами и окисью углерода, однако в атмосферу поступает большое количество оксидов азота, окиси углерода и канцерогенных веществ (3,4-бенз(о)перен). Правильная организация горения, выбор рациональных способов сжигания позволяет свести к минимуму образование вредных веществ и выделение их в воздушный бассейн. Использование природного газа позволяет вести не только пассивную, но и активную борьбу за чистоту воздуха: использование установок для дожигания, использование выбросных газов для подачи в газовый горелки вместо соответствующего количества воздуха.

Экологические проблемы горения. Задача – не навредить при сжигании топлив. Негативные проявления:

Техногенное тепловыделение соизмеримо с компонентами теплового баланса атмосферы;

Акустический шум турбулентных пламен при работе авиационных и ракетных двигателей – загрязнитель окружающей среды.

Выброс вредных продуктов сгорания – окислов азота, окислов металлов, угарного газа (при высоких Тг), окислов серы, канцерогенных веществ – продуктов неполного пиролиза органических горючих, сажи, углекислого газа (при низких Тг) – является причиной: изменения оптических свойств атмосферы и уменьшения потока солнечного излучения, возникновения кислотных дождей, усиления «парникового эффекта», разрушения озонового слоя Земли, негативного воздействия на флору и фауну, здания и конструкции. Общий итог: глобальное потепление, климатические катастрофы (циклоны, бураны, смерчи, цунами, наводнения, засухи, сходы лавин, сели)..

3. Уравнения горения веществ в кислороде и на воздухе, методика их составления. Термодинамика процессов горения. Тепловые эффекты реакций горения.

Общее уравнение реакции горения любого углеводорода
C m H n + (m + n/4) O 2 = mCO 2 + (n/2) Н 2 O + Q (8.1)
где m, n - число атомов углерода и водорода в молекуле; Q - тепловой эффект реакции, или теплота сгорания.

Тепловой эффект (теплота сгорания) Q - количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кмоля, 1 кг или 1 м 3 газа при нормальных физических условиях. Различают высшую Q в и низшую Q н теплоту сгорания: высшая теплота сгорания включает в себя теплоту конденсации водяных паров в процессе горения (в реальности при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания). Обычно технические расчеты обычно ведут по низшей теплоте сгорания, без учета теплоты конденсации водяных паров (около 2400 кДж/кг).
КПД, рассчитанный по низшей теплоте сгорания, формально выше, но теплота конденсации водяных паров достаточно велика, и ее использование более чем целесообразно. Подтверждение этому - активное применение в отопительной технике контактных теплообменников, весьма разнообразных по конструкции.
Для смеси горючих газов высшая (и низшая) теплота сгорания газов определяется по соотношению
Q = r 1 Q 1 + r 2 Q 2 + ... + r n Q n (8.2)
где r 1 , r 2 , …, r n - объемные (молярные, массовые) доли компонентов, входящих в смесь; Q 1 , Q 2 , …, Q n - теплота сгорания компонентов.
Процесс горения протекает гораздо сложнее, чем по формуле (8.1), так как наряду с разветвлением цепей происходит их обрыв за счет образования промежуточных стабильных соединений, которые при высокой температуре претерпевают дальнейшие преобразования. При достаточной концентрации кислорода образуются конечные продукты: водяной пар Н 2 О и двуокись углерода СО 2 . При недостатке окислителя, а также при охлаждении зоны реакции, промежуточные соединения могут стабилизироваться и попадать в окружающую среду.
Высокотемпературное горение углеводородов имеет весьма сложный характер и связано с образованием активных частиц в виде атомов и радикалов, а также промежуточных молекулярных соединений. В качестве примера приводятся реакции горения простейшего углеводорода - метана:

1. Н + О 2 -› ОН + О
СН 4 + ОН -› СН 3 + Н 2 О
СН 4 + О -› СН 2 + Н 2 О
2. СН 3 + О 2 -› НСНО + ОН
СН 2 + О 2 -› НСНО + О
3. НСНО + ОН -› НСО + Н 2 О
НСНО + О -› СО + Н 2 О
НСО + О 2 -› СО + О + ОН
4. СО + О -› СО 2
СО + ОН -› СО 2 + Н

Итог единичного цикла:
2СН 4 + 4О 2 -› 2СО 2 + 4Н 2 О

Термодинамика горения

Исходный состав горючей смеси характеризуется молярными или массовыми долями компонентов и начальными давлением и температурой. Если состав смеси подобран так, что при её сгорании и горючее, и окислитель полностью преобразуются в продукты реакции, то такая смесь называется стехиометрической. Смеси с избытком топлива называются богатыми , а с недостатком топлива - бедными . Степень отклонения состава смеси от стехиометрического характеризуется коэффициентом избытка топлива (англ. equivalenceratio ) :

где Y F и Y O - массовые доли топлива и окислителя соответственно, а (Y F /Y O) st - их отношение в стехиометрической смеси. В русскоязычной литературе используется также коэффициент избытка окислителя (или воздуха), обратный коэффициенту избытка топлива.

Адиабатическая температура горения смесей CH 4 с воздухом в зависимости от коэффициента избытка топлива. P = 1 бар, T 0 = 298,15 K.

Если горение происходит адиабатически при постоянном объёме, то сохраняется полная внутренняя энергия системы, если же при постоянном давлении - то энтальпия системы. На практике условия адиабатического горения приближённо реализуются в свободно распространяющемся пламени (без учёта теплопотерь излучением) и в других случаях, когда потерями тепла из зоны реакции можно пренебречь, например, в камерах сгорания мощных газотурбинных установок или ракетных двигателей.

Адиабатическая температура горения - это температура продуктов, достигаемая при полном протекании химических реакций и установлении термодинамического равновесия. Для термодинамических расчётов используются таблицы термодинамических функций всех компонентов исходной смеси и продуктов. Методы химической термодинамики позволяют рассчитать состав продуктов, конечное давление и температуру при заданных условиях сгорания. В настоящее время доступно много программ, способных выполнять эти расчёты .

Теплота сгорания - это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании исходных компонентов, то есть до CO 2 и H 2 O для углеводородных топлив. На практике часть выделившейся энергии расходуется на диссоциацию продуктов, поэтому адиабатическая температура горения без учёта диссоциации оказывается заметно выше той, что наблюдается на практике .

Термодинамический расчёт позволяет определить равновесный состав и температуру продуктов, но не даёт никакой информации о том, с какой скоростью система приближается к равновесному состоянию. Полное описание горения требует знания механизма и кинетики реакций и условий тепло- и массообмена с окружающей средой.

4. Типы пламени и скорость горения. Теории горения: тепловая, цепная, диффузионная.

В общем случае скорость горения зависит от скорости смешения исходных компонентов в зоне прогрева и зоне реакции (для гетерогенных систем), от скорости химических реакций между компонентами, от скорости передачи тепла и активных частиц из зоны реакции к исходной системе. Нормальная скорость горения (и тем более форма фронта горения) зависит от условий течения свежей смеси и продуктов горения (особенно при горении в двигателях).

Поэтому в теории горения рассматривается несколько основных типов пламен. Они неодинаковы по своему научному и практическому значению и степени изученности. Неодинаковы параметры, представляющие наибольший интерес для данного типа пламени. Существенно отличается подход к теоретическому рассмотрению каждого типа пламени. Некоторые различия имеются и в экспериментальных методах.

Перечислим наиболее важные для теории горения типы пламен:

1) ламинарное пламя в гомогенной газовой смеси. К этому же типу относится пламя при горении летучих взрывчатых веществ;

2) ламинарное диффузионное пламя при горении струи горючего газа в окислительной атмосфере. К этому типу примыкает пламя при диффузионном горении жидкого горючего, налитого в цилиндрический сосуд, и т. п.;

3) пламя при горении капли жидкого горючего или частицы твердого горючего в окислительной атмосфере;

4) турбулентные пламена в гомогенных или в предварительно не смешанных газовых смесях;

5) пламя при горении нелетучих взрывчатых веществ, порохов и т. д. в тех случаях, когда существенную роль играет реакция в конденсированной фазе.

Коротко рассмотрим некоторые характеристики основных типов пламен в той мере, в какой это полезно для понимания закономерностей горения конденсированных смесей.

Предварительно следует остановиться на определении скорости горения . При ламинарном горении газовых смесей и гомогенных конденсированных систем большое принципиальное значение имеет понятие нормальной скорости горения (uн ). По определейию, uн равна скорости перемещения пламени относительно свежей смеси в направлении, перпендикулярном поверхности пламени в данной точке. Размерность uн в системе СИ - м/сек, однако для скорости горения эта единица пока употребляется редко и только для газовых систем. Обычно величину uн для газовых систем выражают в см/сек, а для конденсированных систем в мм/сек (если выражать скорость горения конденсированных систем в м/сек, то в обычном диапазоне давлений получаются очень малые дробные числа).

Для гомогенных конденсированных систем чаще всего измеряется скорость горения цилиндрических зарядов, горящих с торца, причем фронт горения полагается плоским (опыт показывает, что в большинстве случаев при наличии надлежащей оболочки это допущение справедливо, и искажения наблюдаются лишь на краях заряда). К тому же для твердых веществ (и достаточно вязких жидких веществ) исходное (твердое или жидкое) вещество неподвижно во время горения. Поэтому в данном случае нормальная скорость горения просто равна видимой скорости пламени (в лабораторной системе координат) и постоянна в различных точках заряда.