Об ошибке в методике определения категорий по пожарной опасности

Современные методики определения категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности при горении твердых горючих материалов совершенно не учитывают значения тепло- и массообмена в процессах горения.

Напомним все существующие методики определения или расчета категории по пожарной опасности, для всех видов веществ основаны на физических и хичесичких свойствах процесса горения. При этом, в качестве условия опасности при горении веществ в твердом агрегатном состоянии выбран только один параметр – низшая теплота сгорания. Это представляется крайне неверным. В качестве обоснования такой позиции приведем выдержку из «главного» пожарного учебника:

Роль и значение тепло- и массообмена в процессах горения. Роль конвекции в механизме диффузионного горения при различных агрегатных состояниях горючего.

Горение — это от есть непрерывный процесс тепловыделения, теплообмена и массообмена. Более того, в современной зарубежной научной и технической литературе само горение называют иногда аэротермохимией, т. е. химией в условиях интенсивных аэродинамических (массообменных) и теплообменных процессов.

Даже само химическое превращение веществ на молекулярном уровне, с позиций молекулярно-кинетической теории строения материи, начинается с массообменных и теплообменных процессов: молекулы соударяются, обмениваются энергией, и если энергия соударения велика, происходит разрыв внутримолекулярных связей, перестройка молекул, обмен атомами между молекулами, возникают новые химические соединения, а в окружающее пространство передается выделяющаяся при этом тепловая энергия. Она тратится на тепловое возбуждение «ближайших» молекул, которые, в свою очередь, вступают в химическое взаимодействие, и цепочка процесса реагирования продолжается. На этом уровне процессы изучаются специальным разделом науки — химической физикой. Тем более существенны и очевидны процессы тепло- и массообмена в горении при макрокинетическом рассмотрении процессов горения. Процесс горения даже в однородной и изотермической среде создает неоднородность состава среды и ноля температур. Поэтому в зоне возникновения горения сразу возникают процессы диффузии и теплопередачи. Даже в равномерно перемешанной смеси горючего с окислителем, прогретой до одинаковой температуры, в момент воспламенения возникают новые молекулы, которые по законам диффузии начинают распространяться из зоны протекания сложного физико-химического процесса сопровождаемого выделением тепла и света в окружающее пространство. Одновременно с возникновением новых молекул — молекул продуктов горения, в зоне реакции выделяется тепловая энергия, которая создает высокую температуру продуктов горения и начинает распространяться в  пространство на еще непрореагировавшую горючую смесь, — возникает процесс теплопередачи, теплообмена.

Поэтому при исследовании процессов горения возникает необходимость решения нестационарных задач массо- и теплообмена и химической кинетики в движущихся потоках, причем нередко — в условиях той турбулентности, которая явилась следствием самого процесса горения. В простейшем случае (первоначально неподвижной и изотропной, однородной среде) задача сводится к решению системы двух дифференциальных уравнений:

Решение нелинейной системы уравнений в общем виде представляет исключительные математические трудности. Описание реальных задач горения еще сложнее. Поэтому в процессе исследований приходится вводить определенные упрощения, сводя задачу либо к стационарной, либо к изотермической, либо заменяя аналитическое решение некоторых промежуточных уравнений подстановкой экспериментально полученных результатов.

С точки зрения процессов массообмена особую роль в процессах горения, особенно диффузионного горения, играют явления конвекции. Именно конвективные потоки над зоной горения являются механизмом уноса горячих продуктов горения из зоны реакции. Эти же конвективные потоки обусловливают приток свежего, богатого кислородом воздуха из окружающего пространства в зону горения. Конвективные же потоки газов определяют интенсивность процессов диффузионного горения, они формируют размеры и форму факела пламени, температуру факела и другие параметры процессов диффузионного горения.

Особенно велико влияние конвективных потоков при горении жидких и твердых горючих материалов.

Если при горении горючих газов газовоздушная смесь может создаваться за счет кинетической энергии вытекающего газа (рис. 1.5), то при горении сжиженных газов, горючих жидкостей (рис. 1.6) и твердых горючих материалов (рис. 1.7) их пары и продукты термического разложения, которые и вступают в реакцию горения над поверхностью жидкого или твердого горючего материала, смешиваются с окружающим воздухом и образуют горючую смесь только по механизму молекулярной и конвективной диффузии. Причем количественно-конвективная диффузия на несколько порядков интенсивнее молекулярной (более того, исследования в условиях невесомости, когда исключаются силы конвекции показали, что диффузионное горение в невесомости становится вообще невозможным).

 

Рис. 1.5. Схема диффузионного или диффузионно-кинетического факела пламени интенсивно вытекающего горючего газа: 1 - горючий газ; 2 - подсасываемый воздух;

3 - продукты горения

Как мы видим конвекция влияет на процесс горения, а главное на скорость его протекания и на интенсивность развития пожара. Следовательно не учитывать ее при категорировании помещений по взрывопожарной и пожарной опасности – ошибка.