kap. Jan Kołdej

pokój 200, tel. wew. 312

FIZYKOCHEMIA SPALANIA I ŚRODKI GAŚNICZE

Literatura:

1. „Wybrane zagadnienia z chemii ogólnej, fizykochemii spalania i rozwoju pożarów” - Melania Powstrzepańska.

2. „Środki Gaśnicze” - Stefan Wilczkowski.

3. „Nadzwyczajne zagrożenia środowiska” - Marek Małczyński.

Program:

I Zjazd - repertorium z chemii ogólnej,

• proces spalania jako reakcja chemiczna,

• produkty i zjawiska w procesie spalania (substancje najczęściej występujące w procesie spalania).

II Zjazd - szczegółowe omawianie cieczy palnych,

• fizyczne i chemiczne procesy palenia,

• środki gaśnicze,

• gaszenie pożarów materiałów szczególnie niebezpiecznych,

• neutralizatory, sorbenty, dyspergenty.

04-09-2000

BUDOWA ATOMU

Atom fosforu ma 15 protonów i 16 neutronów

W przyrodzie spotyka się substancje czyste i ich mieszaniny

Substancje czyste - pierwiastki, związki.

Mieszaniny substancji - homogeniczne (np. powietrze, roztwory wodne); heterogeniczne (np. zawiesina glinu w wodzie).

Reakcje chemiczne - przemiana jednych substancji w inne o innych właściwościach.

np.: substancja produkt

C + O₂ CO₂

reagenty

Prawa chemiczne

1. prawo zachowania masy - masa substratów reakcji równa jest masie jej produktów.

2. Prawo stałości składników - stosunek mas pierwiastków w związku chemicznym jest stały i charakterystyczny dla danego związku.

Rodzaje reakcji chemicznych
Łączenie (synteza)	Rozkładu (analiza)	Wymiany
A + B = AB	AB A + B	AB + C AC +B lub AB + CD AC + BD

Reakcje chemiczne

Egzoenergetyczne

(egzotermiczne)

Endoenergetyczne

(endotermiczne)

Czynniki wpływające na szybkość reakcji

08-09-2000

T: Spalanie i zjawiska mu towarzyszące.

Spalanie - to złożony, fizykochemiczny proces wzajemnego oddziaływania materiału palnego (paliwa) i powietrza (utleniacza) charakteryzujący się wydzielaniem ciepła i światła. W zależności od stanu skupienia paliwa wyróżnia się dwa rodzaje spalania:

• spalanie bezpłomieniowe (heterogeniczne) - spotkamy się w przypadku takich substancji, które w czasie spalania nie przechodzą w stan lotny. Tak spalają się: węgiel drzewny, koks, torf.

• spalanie płomieniowe (homogeniczne) - ma miejsce podczas spalania substancji, które podczas ogrzewania przechodzą w stan loty. Tak spala się większość materiałów np. : drewno, tworzywa sztuczne, guma, ciecze palne, gazy palne.

Czynnikami warunkującymi występowanie spalania płomieniowego, jako reakcji ciągłej są:

PALIWO	UTLENIACZ	ŹRÓDŁO CIEPŁA
SPALANIE PŁOMIENIOWE
RODNIKI

Elementy warunkujące zaistnienie spalania płomieniowego

W warunkach pożaru szybkość spalania się substancji palnej uzależniona jest przede wszystkim od szybkości dyfuzji powietrza do strefy spalania, czyli cienkiej zewnętrznej warstwy płomienia gdzie następuje spalanie. W powyższym przypadku mamy do czynienia ze spalaniem dyfuzyjnym. Wyróżniamy również spalanie klimatyczne, czyli takie, w których substancja palna jest wstępnie zmieszana z utleniaczem, tak mogą się spalać mieszaniny gazów palnych i cieczy palnych z powietrzem.

SPALANIE

Homogeniczne - zachodzi wówczas jeśli układ palny składa się z jednej fazy (tzw. Jest gazem lub znajduje się w fazie gazowej na skutek parowania). Spalanie homogeniczne charakteryzuje się występowaniem płomienia.

Heterogeniczne - jest spalaniem na granicy (tzw. Rozdziału faz tj. na powierzchni ciała). Ten rodzaj spalania odnosi się jedynie do ciał stałych. Cechą charakterystyczna tego rodzaju spalania jest obok płomienia przede wszystkim świecenie ciała stałego.

SPALANIE

Całkowite (pełne) - produktami całkowitego spalania nazywa się produkty powstałe podczas spalania, nie mające zdolności do dalszego utleniania w warunkach w których były otrzymane, np. dwutlenek węgla, woda, dwutlenek siarki, pięciotlenek fosforu itp.

Niecałkowite (niepełne) - produktami niecałkowitego spalania nazywa się produkty powstałe podczas spalania przebiegającego przy ograniczonym dopływie powietrza np. tlenek węgla, trójtlenek fosforu itp.

08-09-2000

T: produkty spalania.

Wydzielanie się produktów spalania podczas pożaru stanowi niebezpieczeństwo ze względu na:

• ograniczenie widoczności,

• utrudnianie oddychania spowodowane ich działaniem toksycznym oraz występowaniem niedoboru tlenu,

• działanie termiczne (wysoka temperatura mogąca uszkodzić układ oddechowy).

Za podstawowe związki toksyczne występujące w pożarze uznane są:

• Tlenek węgla CO - jest gazem bezbarwnym, bez zapachu, nieco lżejszy od powietrza, jest produktem nie całkowitego spalenia, powstającym przy niedostatecznym dopływie tlenu do strefy spalania. Działając na organizm ludzki powoduje unieczynnienie hemoglobiny czerwonych ciałek krwi, uniemożliwiając pobieranie tlenu przez krew. Duża zawartość (0,03 mili gr./l.) w powietrzu może spowodować śmierć już po kilku oddechach.

• Dwutlenek węgla CO₂ - produkt pełnego spalania węgla lub tlenku węgla, powstający przy dostatecznym przepływie tlenu, jest gazem cięższym od powietrza około 1,5 raza, bezbarwny i bez zapachu. Przy stężeniu około 10% powoduje objawy niedotlenienia, 15% utratę przytomności, 30% wywołuje natychmiastową śmierć.

• Cyjanowodór HCN - występuje podczas spalania wielu tworzyw sztucznych. Substancja bezbarwna o zapachu migdałowym, bardzo silnie trująca działająca na ośrodek oddechowy i naczyniowo ruchowy.

• Chlorowodór HCL - powstaje podczas spalania i rozkładu termicznego polichlorku winylu i chlorokauczuków. Jego generacja dochodzi do 50% masy właściwej tworzywa.

• Dwutlenek siarki SO₂ - jest gazem bezbarwnym o ostrym zapachu, silnie oddziaływuje na śluzówki dróg oddechowych i oczu. Jest stałym składnikiem dymów pożarowych.

• Akroleina C₃H₄O - wydziela się podczas spalania materiałów zawierających tłuszcze zwierzęce i oleje roślinne, zapach spalonych tłuszczy, toksyczny.

INICJOWANIE PROCESU SPALANIA

Rodzaje źródła zapłonu i zapalenia
Punktowe	Liniowe	Powierzchniowe	Pojemnościowe
Iskry elektryczne	Wyładowania elektryczne	Gorąca powierzchnia	Gorące gazy
Iskry elektrostatyczne	Wyładowania snopiące	Materiały piroforyczne	Reakcja chemiczna
Iskry mechaniczne	Łuk elektryczny	Promieniowanie świetlne i cieplne	Otwarty ogień
		Iskry spawalnicze	Sprężenie adiabatyczne
		Fala uderzeniowa

Zapalenie i zapłon

Zapalenie - polega na równomiernym ogrzaniu materiału do takiej temperatury, w której zapala się on samoistnie w całej masie, bez udziału tzw. Punktowego bodźca energetycznego.

Temperatura zapalenia - jest to najniższa temperatura materiału, który ogrzany strumieniem ciepła dostarczonym z zewnątrz w wyniku rozkładu termicznego wydziela palną fazę lotna o stężeniu umożliwiającym jego zapalenie się tzw. samorzutne pojawienie się płomienia.

Zapłon - polega na zapaleniu mieszaniny palnej punktowym bodźcem energetycznym, tylko w bardzo ograniczonej przestrzeni, wokół której powstaje czoło płomienia przemieszczające się następnie już samoczynnie na cała pozostałość mieszaniny.

Temperatura zapłonu - jest to najniższa temperatura cieczy ogrzanej w ścisły sposób, której pary tworzą z powietrzem mieszanin zapalającą się przy zbliżeniu.

SPALANIE BEZPŁOMIENIOWE

TLENIE - jest to utlenianie powierzchniowe stałych produktów rozkładu termicznego materiałów palnych pochodzenia organicznego tzw. węgla lub materiałów silnie porowatych.

ŻARZENIE - jest to zjawisko świecenia powierzchni palnego materiału nieorganicznego, który nie ulega rozkładowi termicznemu, lecz ogrzał się w wyniku różnych zjawisk i przemian chemicznych.

12-09-2000r.

T: Energia aktywacji.

Energia aktywacji konieczna jest do rozpoczęcia reakcji egzotermicznej i endotermicznej.

Do tego aby reakcja mogła zajść cząsteczki substratów muszą się ze sobą zderzać. Kiedy do tego dojdzie muszą mieć wystarczającą ilość energii do spowodowania lub zainicjowania reakcji. Rzeczywista energia nosi nazwę aktywacji.

Płomień - jest to widzialna objętość gazowa w której przebiegają procesy rozkładu termicznego, utleniania i spalania itp. Płomień powstaje w części przestrzeni, w której zachodzi chemiczna reakcja spalania.

Rozróżnia się dwa typy płomienia:

1. Płomień dyfuzyjny - tzw. płomień powstały w wyniku zapalenia tej części objętości, w której następuje mieszanie się paliwa z powietrzem (utleniaczem). Szybkość spalanie w płomieniu dyfuzyjnym jest określona szybkością dyfuzyjną (przenikania) powietrza do strefy spalania płomienia.

2. Płomień powstały w warunkach, gdy substancja palna była już wstępnie, przed zapaleniem zmieszana z powietrzem, oznacza to, że szybkość spalania określona jest przede wszystkim szybkością przebiegu reakcji spalania.

DYM - aerozol, w którym fazę rozproszona stanowią cząsteczki stałe i ciekłe będące produktem spalania. Rozmiary cząsteczek dymu są rzędu ułamków mikrona, dlatego są swobodnie unoszone nawet przez słabe prądy konwekcyjne, szczególnie istotne znaczenie tej strefy ma miejsce przy pożarach wewnętrznych.

CIEPŁO SPALANIA I WARTOŚCI OPAŁOWE

Ciepło spalania - jest to ilość ciepła, która wydziela się podczas całkowitego spalania jednostki masy danej substancji. Najczęściej wartość ciepła spalania podaje się w przypadku ciekłych i stałych materiałów palnych w kilodżulach [kJ] w przeliczeniu na 1kg. Natomiast dla gazów w kilodżulach [kJ] na 1m³. Podczas całkowitego spalania paliwa otrzymuje się na ogół w produktach spalania dwutlenek węgla (CO₂) i wodę (H₂O). W obliczeniach ciepła spalania zakłada się, że powstała w czasie spalania woda jest w stanie ciekłym.

Wartość opałową nazywa się tę ilość ciepła w kilodżulach [kJ] która wydziela się podczas całkowitego spalania jednostki masy (lub objętości) substancji, przy założeniu, że woda po spaleniu występuje w stanie pary. Czyli liczba określająca wartość opałową jest to wartość liczbowa ciepła spalania zmniejszona o ciepło spalania wody.

Wymiana ciepła w środowisku pożarowym

W pojęciu termodynamicznym ciepło jest analogiem pracy, a sam proces przekazywania energii za pośrednictwem bezwładnego ruchu cząsteczek nazywa się wymianą ciepła. Wymiana ciepła jest drogą, obok wykonywanej pracy, formą przekazywania energii z jednego układu do drugiego.

Są trzy podstawowe mechanizmy transportu ciepła:

1. 
   Przewodzenie (kondukcja),

2. 
   
   
   
   
   Unoszenie (konwekcja),

3. 
   
   Promieniowanie (radiacja).

Przewodnictwo cieplne - wymiana energii drogą bezpośredniej styczności cząsteczek ciepła, przy czym przenoszenie energii w ciałach stałych odbywa się za pośrednictwem fal sprężystych, natomiast w gazach i cieczach drogą dyfuzji, jest to najbardziej istotny sposób przenoszenia ciepła w ciałach stałych.

Proces przewodzenia ciepła opisuje prawo Fouriera.

λ - jest to współczynnik przewodnictwa cieplnego

Δ - jest to różnica temperatur w odległości Δx

Przewodzenie ciepła decyduje w początkowej fazie rozwoju pożaru o tym jak szybko materiał ogrzewa się, rozkłada termicznie itp.

Jest ono również istotne przy obliczeniu odporności ogniowej elementów budowlanych, czyli czasu po upływie którego w temperaturze pożaru, element budowlany traci wytrzymałość.

Unoszenie (konwekcja) ciepła - przemieszczenie się masy cieczy lub gazu, w szczególności konwekcja naturalna, zwana także swobodną, rozchodząca wskutek różnych ciśnień wywołanych różnicami temperatury i gęstości w różnych miejscach cieczy lub gazu. Ruch konwekcji wymuszonej spowodowane jest działaniem wiatru, wentylacji itp. Przenoszenie przez konwekcję wraz z dymem i gazami pożarowymi ciepło zmierza ku górnym kondygnacjom budynku i napotykając na przeszkodę w postaci stropu rozchodzi się we wszystkie strony. W górnej części budynku gromadzą się gorące gazy i dymy, działając niszcząco na konstrukcję i podpalają palne elementy.

Promieniowanie cieplne - wymiana ciepła odbywa się za pomocą niewidzialnych dla oka fal elektromagnetycznych wywołanych ruchem cieplnych atomów lub cząsteczek jakiegoś ciała. Promieniowanie cieplne podobnie jak widzialne i ultrafioletowe rozchodzi się prostoliniowo we wszystkich kierunkach. Ten rodzaj przenoszenia ciepła odgrywa istotną rolę w rozszerzaniu się pożarów nie przeszkadza mu bowiem wiatr a ilości ciepła zdolne do zapalenia materiałów mogą być przenoszone na znaczne odległości.

ŚRODKI GAŚNICZE

PRZERYWANIE PROCESU SPALANIA PRZY UŻYCIU ŚRODKÓW GAŚNICZYCH.

1. CHARAKTERYSTYKA ŚRODKÓW GAŚNICZYCH.

W rozdziale spalanie i zjawiska mu towarzyszące omówiono warunki jakie winny być spełnione, aby mógł przebiegać proces spalania się materiału. Mechanizm przerywania palenia jest zjawiskiem skomplikowanym i zależy między innymi od zastosowanego środka gaśniczego. Działanie środków gaśniczych może być chłodzące, izolujące, rozcieńczające i inhibicyjne. W praktyce wyróżnia się następujące grupy środków gaśniczych:

• woda i jego roztwory,

• piany gaśnicze,

• proszki gaśnicze,

• gazy gaśnicze.

DZIAŁANIE GAŚNICZE ŚRODKÓW GAŚNICZYCH

Środki Gaśnicze Działanie gaśnicze

Przeciwwskazania w stosowaniu wody do gaszenia pożarów.

Niedozwolone jest stosowanie wody:

• do gaszenia pożarów metali, z którymi wchodzi w reakcję już w temperaturze pokojowej np. sód, potas,

• do pożarów metali, z którymi reaguje w temperaturze ich spalania, w temperaturze tej ulega rozkładowi na tlen i wodór tworząc mieszaninę wybuchową,

• do gaszenia pożarów w obecności karbidu, gdyż powstający acetylen spala się wydzielając duże ilości ciepła,

• ropopochodne.

Reakcje te przebiegają następująco:

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2C₂H₂ +5O₂ = 4CO₂ +2H₂O + 2x311,6 kcal

Rozgrzane żelazo powoduje wyrugowanie wodoru z cząstek wody w myśl reakcji:

Fe + H₂O = FeO + H₂

Powstający wodór egzotermicznie reaguje z tlenem.

2H₂ + O₂ = 2H₂O + 2 x 68,32 kcal

PROSZKI GAŚNICZE.

Proszki gaśnicze - są to mieszaniny ciał stałych złożonych z jednego lub kilku składników mających właściwości gaśnicze, które stanowią bazę proszków oraz dodatków, których celem jest nadanie sproszkowanej bazie odpowiednich właściwości techniczno-użytkowych takich jak:

• płynność,

• odporność na zbrylenie,

• higroskopijne itp.

ZAKRES STOSOWANIA.

Duża skuteczność i szybkość efektu gaśniczego proszków pozwala na gaszenie prawie wszystkich rodzajów pożarów, nawet urządzeń będących niekiedy pod wysokim napięciem elektrycznym.

• Pożary zakładów rafineryjnych,

• Pożary zakładów petrochemicznych,

• Pożary zakładów metalurgicznych,

• Pożary alkoholi,

• Pożary rozpuszczalników organicznych,

• Pożary samolotów,

• Pożary wszystkich gazów oraz karbidu,

• Pożary materiałów stałych, takich jak drewno, węgiel, papier itp.

WSPÓŁDZIAŁANIE PROSZKÓW Z PIANĄ.

Działania tego typu są przede wszystkim stosowane przy gaszeniu dużych pożarów cieczy palnych w zakładach rafineryjnych i petrochemicznych.

Proszkami zazwyczaj rozpoczyna się akcję gaśniczą stosując je w formie uderzeniowej w celu szybkiego ugaszenia pożaru. Samo ugaszenie pożaru za pomocą proszków gaśniczych nie zapewnia jeszcze powodzenia akcji, gdyż może mieć miejsce ponowne rozpalenie, po ugaszeniu pożaru proszkiem dla zabezpieczenia przed ponownym zapaleniem podaje się strumienie piany, która izoluje, chłodzi i zabezpiecza przed ponownym rozpaleniem się pożaru.

PODZIAŁ PROSZKÓW GAŚNICZYCH.

• Oparte na kwaśnym węglanie sodu lub potasu (pożary typu A, B, C, E), stosowane do gaszenia pożarów typowo płomieniowych (ciecze palne i substancje stałe topiące się w czasie pożaru jak naftalen, parafina itp.) gazowe, karbidowe oraz urządzeń elektrycznych pod napięciem.

• Oparte na chlorkach, siarczanach, fosforowych związkach amonowych, do pożarów typu A lub A, B, C, D, stosowane zwłaszcza do gaszenia pożarów materiałów stałych oraz cieczy palnych i gazów.

DZIAŁANIE GAŚNICZE PROSZKÓW.

Proszki gaśnicze cechuje bardzo wysoka skuteczność gaśnicza. Można wyróżnić kilka rodzajów działania gaśniczego proszków.

Proszki przeznaczone są do gaszenia wszystkich typów pożarów, a w szczególności pożarów cieczy, gazów i urządzeń elektrycznych pod napięciem.

Podstawowym działaniem gaśniczym proszków jest działanie inhibitujące i przerywające chemiczny proces reakcji jaką jest spalanie.

Każdemu procesowi spalania płomieniowego towarzyszy emisja wolnych czynnych rodników. Rodniki te przy zetknięciu się z palącym materiałem i tlenem powoduje powstanie nowych rodników.

Wprowadzenie do strefy spalania drobnych cząsteczek proszku w postaci chmury powoduje obniżenie aktywności i wytracanie wolnych rodników i przerwanie reakcji spalania.

Ponadto działanie proszków polega na wydatnym eliminowaniu dostępu powietrza nad płonącą powierzchnię, a wyrzucana pod dużym ciśnieniem chmura proszku powoduje zdmuchnięcie płomienia.

W zetknięciu z powierzchnią poddaną działaniu ognia, proszki topią się w wysokiej temperaturze, tworząc glazurę na powierzchni palącego się materiału. Wspomaganie procesu gaszenia przez proszek uzyskujemy także dzięki gazom wyrzucającym proszek (CO₂) a także powstające w wyniku rozkładu pod wpływem temperatury (proszki na bazie kwaśnych węglanów).

Jak gazy niepalne powodują wypieranie powietrza z miejsca pożaru co powoduje dodatkowe działanie tłumiące (szczególnie w pomieszczeniach zamkniętych). Występuje jednak ograniczenie stosowania proszków w aparaturze i urządzeniach precyzyjnych, ponieważ proszek może spowodować zatarcie elementów ruchomych.

TECHNIKA GASZENIA PROSZKAMI.

Do wyrzucania proszku ze sprzętu gaśniczego potrzebne jest odpowiednia energia. Jako środek wyrzucający tę energie stosowany jest dwutlenek węgla (CO₂) lub azot (N₂).

Ciśnienie robocze wynosi 6 do 8 atmosfer.

Na końcowe pozytywne efekty działania proszku w czasie akcji gaśniczej ma wpływ wiele czynników, do najważniejszych z nich należy zaliczyć:

• skład chemiczny proszku,

• strukturę rozdrobnienia,

• płynność proszku,

• zastosowanie właściwego sprzętu do określonego proszku,

• właściwy dobór proszku do określonego pożaru,

• dobór wielkości sprzętu do wielkości pożaru,

• właściwa technikę gaszenia.

Cztery pierwsze czynniki są z góry ustalone i osoba gasząca nie ma na nie wpływu. O trzech następnych czynnikach decyduje kierownik akcji gaśniczej. Najistotniejszym czynnikiem wydaje się być ostatni czyli właściwa technika gaszenia, wymagająca dobrego przygotowania zawodowego, refleksu i rutyny.

Do najczęstszych błędów przy podawaniu proszków należą:

• zbyt bliskie podejście do ognia, wydobywający się proszek w pierwszej fazie występuje w postaci strumienia i nie ma optymalnych zdolności gaśniczych. Dopiero po kilku metrach powstaje właściwa chmura proszku gasząca pożar.

• podawanie proszku w głąb ognia,

• wytwarzanie niejednolite ściany z obłoku proszku odcinające powierzchnię ugaszoną od nieugaszonej, ma to szczególne znaczenie przy gaszeniu większych powierzchni objętych pożarem, w takiej sytuacji osoba gasząca bardzo często koncentruje swoją uwagę na jednym miejscu, podczas gdy w drugim miejscu obłok opada, co umożliwia przedarcie się płomieni na powierzchnię już ugaszona.

Proszki do gaszenia metali - oznacza się literą M

• przy stosowaniu tych proszków należy możliwie dokładnie pokryć szczelną i stosunkowo grubą warstwą tj. 2 do 3 cm całą powierzchnię palącego się materiału,

• proszek należy podawać łagodnym, spokojnym strumieniem,

• podczas spalania metali wytwarzają się duże temperatury i toksyczne gazy, dlatego gaszenie powinno odbywać się w ubraniach żaroodpornych i aparatach tlenowych,

• niektóre pożary metali można gasić jedynie za pomocą samoczynnie działających systemów gaśniczych, stałych urządzeń gaśniczych.

GAZY GAŚNICZE.

Pod pojęciem gazy gaśnicze należy rozumieć te gazy i te pary, które znalazły praktyczne zastosowanie w ochronie przeciwpożarowej do zwalczania pożarów lub do zapobiegania przed zapaleniem lub wybuchem palnych mieszanin gazowych lub gazowo pyłowych.

Do gazów gaśniczych zaliczone zostały między innymi: dwutlenek węgla, azot, gazy spalinowe i inne gazy niepalne. Środki te w przeciwieństwie do halonów i większości proszków gaśniczych nie mają właściwości inhibicyjnych w odniesieniu do procesów spalania.

Zasadniczym mechanizmem działania gaśniczego tego rodzaju gazów i par jest rozcieńczenie reagujących gazów i obniżenie stężenia tlenu w strefie reakcji spalania. Warunkiem uzyskania pozytywnego efektu gaśniczego za pomocą gazów jest zmniejszenie stężenia tlenu poniżej 14 %.

Powyższy fakt, jak również stan skupienia gazów gaśniczych przesądza o ich przydatności tylko w ściśle określonych warunkach. Takim warunkiem jest między innymi ograniczenie przestrzeni, a więc pomieszczenie zamknięte, stosunkowo szczelne o niewielkiej kubaturze.

Stężenie tlenu rzędu 14 % uzyskane za pomocą rozcieńczających inertnych gazów jest tylko wartością orientacyjną, ponieważ nie wszystkie gazy gaśnicze wykazują taką samą skuteczność gaśniczą.

Różnice w skuteczności gaśniczej gazów są niewielkie i wynikające między innymi z różnic gęstości tych gazów względem powietrza, różnych ich właściwości cieplnych a także z różnych temperatur tych gazów w momencie podawania. Przykładowo temperatura pary wodnej w momencie podawania będzie wynosiła ok. 100^oC, dwutlenek węgla znacznie poniżej 0^oC.

PIANA GAŚNICZA

Piana gaśnicza - dwufazowy układ składający się z pęcherzyków powietrza oddzielonych od siebie błoną (filtrem) utworzonym z warstewki cieczy o grubości rzędu 1-10 mikronów.

Kształt pęcherzyków:

• kulisty dla piany ciężkiej,

• wielościenny dla piany lekkiej.

Liczba spienienia - jest to liczba wskazująca jaką ilość piany można otrzymać z określonej ilości roztworu przy znanym sposobie jej wytworzenia.

Rodzaje pian:

• Ciężka L_s do 20,

• Średnia L_s od 20 do 200

• Lekka L_s powyżej 200

MECHANIZM DZIAŁANIA GAŚNICZEGO PIANY.

Działanie gaśnicze piany polega na wytwarzaniu warstwy izolacyjnej odgradzającej powierzchnię materiału palącego się od dostępu powietrza a także, co jest również ważne, na uniemożliwieniu przedostawania się palnych gazów i par do strefy spalania.

Odpowiednio podana piana pokrywa gaszona powierzchnie napływającą warstwą, która likwiduje strefę spalania. Dodatkową zaletą piany gaśniczej jest jej zdolność do ochładzania strefy spalania. Tę właściwość ma woda wypływająca z piany.

Oprócz tego wskutek działania piany następuje rozcieńczanie strefy spalania parą wodną w obszarze granicznym, gdzie piana styka się z płomieniami.

Właściwości chłodzące piany są ściśle związane z ilością wody z której wytworzono pianę. W tej sytuacji skuteczniej chłodzi piana ciężka, mniej średnia a najmniej piana lekka; właściwie chłodzą wypływające z tych pian wodne roztwory środków pianotwórczych.

Warunkiem skutecznego ugaszenia pożaru jest szybkie pokrycie płonącej powierzchni szczelną warstwą piany.

ZAKRES ZASTOSOWANIA PIAN GAŚNICZYCH.

• Pożary powstałe w dużych magazynach, ładowniach statków, w wielkich zakładach przemysłowych,

• Zapobieganie pożarom np. przez wyścielenie pasów startowych lotnisk w celu bezpieczniejszego przyjęcia samolotów, które nie mogą opuścić podwozia,

• Pianę lekka stosuje się do wypełnienia hal fabrycznych lub magazynów zastawionych materiałów, w których wybuchł pożar, a do których nie ma możliwości dotarcia z jakimkolwiek sprzętem pożarniczym,

• Ogromne rozlewiska materiałów palnych.

Płynność piany - jest to zdolność jej do rozpływania się po powierzchniach ciał stałych lub cieczy. Szybkie rozpływanie się pian gaśniczej jest cechą pożądaną im szybciej rozpływa się piana po powierzchni palącego się materiału tym krótszy jest kontakt jej z płomieniami, mniejsze zniszczenie piany spowodowane wysoką temperaturą i szybsze gaszenie pożaru.

Trudno jest ustalić szybkość rozprzestrzeniania się piany w czasie stosowania jej do gaszenia ciał stałych. W przypadku pożaru cieczy takie ustalenia są możliwe. Ustalono że po podaniu piany na palącą się ciecz początkowa prędkość jej płynięcia wynosi około 0,34m/s.

W miarę jak czoło piany oddala się od punktu podania, prędkość ta maleje, aż w pewnej odległości jej szybkość rozprzestrzeniania się osiąga wartość zerową. Pod wpływem destrukcyjnego działania temperatury, agresywność par palącej się cieczy i produktów spalania piana ulega ciągłemu niszczeniu (znaczy to że intensywność podawania piany w opisanym przypadku jest w punkcie krytycznym, który nie gwarantuje osiągnięcia pozytywnego wyniku). Nie wolno w żadnym razie dopuścić aby ilość podanej piany była równa ilości niszczonej.

W praktyce dobiera się takie ilości prądów pianowych, które zapewniają, że ilość podawanej piany znacznie przekracza niszczoną.

Trwałość piany - jest to jej zdolność do zachowania swojej właściwości jakie uzyskała w momencie wytworzenia. Piana jest układem niestabilnym, dlatego też ten parametr ma istotne znaczenie dla celów ochrony przeciwpożarowej. Trwałość piany określona jest na podstawie szybkości wypływu z niej wodnego roztworu środka pianotwórczego. Jest to równocześnie miara szybkości niszczenia piany. Im wolniej następuje proces niszczenia pęcherzyków, tym piana jest trwalsza. Dlatego też oznaczenie zaniku piany polega na mierzeniu ilości wypływającego z piany roztworu w czasie. Czas w którym wypłynie 25 lub 50% objętości roztworu z którego piana została wykonana jest miarą trwałości piany.

Trwałość piany zależy od wielu czynników takich jak:

• Właściwości środka pianotwórczego,

• Stężenie środka pianotwórczego,

• Jakość wody z której wykonano pianę,

• Liczba spienienia,

• Dyspersyjność,

• Temperatura pożaru,

• Temperatura powietrza (przy wytworzeniu piany powietrzno mechanicznej),

• Rodzaj środka stykającego się z pianą.

Przez pojęcie dyspersyjności należy rozumieć wartość przeciwstawną do wielkości średnicy pęcherzyków piany. Im większa jest średnica pęcherzyków tym niższa jest dyspersyjność piany. Biorąc pod uwagę ten parametr piany dzielimy na wysokodespersyjne i niskodespersyjne.

Do wysoko despersyjnych pian zaliczyć należy te, których średnica pęcherzyków jest mniejsza niż 3mm.

2000-11-27

SORBENTY W ZWALCZANIU ROZLEWÓW OLEJÓW I CHEMIKALIÓW

SORBCJA - proces fizyko-chemiczny, pochłaniania przez ciało stałe lub ciecz gazów, cieczy lub substancji rozpuszczalnych ze środowiska otaczającego to ciało.

Sorbentami olejów i chemikaliów są materiały pochodzenia naturalnego i syntetycznego, organiczne i nieorganiczne, posiadające zdolność zatrzymania olejów lub chemikaliów wewnątrz przestrzeni por (absorpcji) lub na powierzchni (adsorpcja) bądź charakteryzujące się występowaniem obu zjawisk jednocześnie.

GRAFICZNY PODZIAŁ SORBENTÓW

NEUTRALIZACJA.

Neutralizacja chemiczna to najogólniej rzecz biorąc proces zobojętnienia.

Z ekologicznego punktu widzenia pojecie neutralizacji jest szersze i zawiera w sobie:

• Zobojętnienie - reakcja wzajemnego oddziaływania zasady i kwasu. Musimy jednak pamiętać, że podczas działań należy zobojętnić mocny kwas - słabą zasadą; mocną zasadę - słabym kwasem, bądź przez reakcję wzajemnego oddziaływania słabego kwasu i słabej zasady. W wyniku reakcji powstaje obojętna sól i woda. Najczęściej stosowanymi neutralizatorami chemicznymi są:

• wodorotlenek sodu NaOH,

• tlenek wapnia CaO,

• podchloran sodowy NaCIO,

• ciekłe detergenty domowego użytku (mydło, płyn, proszek do prania),

• alkohol etylowy C2H5OH,

• Rozcieńczenie (dotyczy przede wszystkim kwasów) - prowadzimy je podając rozproszony prąd wody na rozlewisko kwasu o niedużych stężeniach - rzędu do 50%, celem jest uzyskanie pH około 7.

• Wiązanie substancji agresywnych chemicznym środkiem wiążącym z neutralizacją (typu Ekoperl 99, UNI SAFE).

ZASADY NEUTRALIZACJI CHEMICZNEJ.

Związki wapna pod postacią … wapna gaszonego (hydratyzowanego), mleka wapiennego, wapna palonego, kredy czy wapienia drobnoziarnistego służą przede wszystkim do neutralizacji mocnych kwasów nieorganicznych oraz związków o charakterze kwaśnym tj. takich których pH przyjmuje wartość poniżej 7.

Do związków tych należą kwas siarkowy, kwas azotowy, kwas solny, kwas fosforowy, bezwodniki kwasowe, chlorki kwasów organicznych itp.

Stosowanie związków wapnia generalnie nie przysparza kłopotów. Szczególną ostrożność należy zachować w przypadku stosowania wapna palonego (CaO) do neutralizacji kwasu fluorowodorowego, ze względu na jego agresywny charakter.

Do neutralizacji kwaśnych związków można stosować węglan sodowy kwaśny węglan lub wodorotlenki metali alkalicznych (sodu, potasu). Nie mniej stosowanie tych związków powinno przebiegać z zachowaniem ostrożności.

Wydzielający się dwutlenek węgla podczas reakcji węglanów sodu z kwasami czasami może powodować dodatkowe wydzielanie się szkodliwych substancji np. w reakcji z kwasami azotowymi wydzielają się dodatkowo większe ilości tlenków azotu. Wodorotlenek sodu (zasada sodowa, ług sodowy) możemy stosować w odpowiednich ilościach do neutralizacji niektórych związków organicznych takich jak fenol, nadtlenek benzolu, itp.

Neutralizacja substancji niebezpiecznych jest końcowym elementem każdej akcji ratownictwa chemicznego, w której ma miejsce emisja materiałów niebezpiecznych do otoczenia. Ma ona na celu zatrzymanie niekorzystnego wpływu medium na otoczenie lub pozbycie się szkodliwych właściwości substancji w przypadku kiedy jej ponowne zmagazynowanie z różnych względów jest niemożliwe.

Neutralizacja dotyczy samej substancji jak również otoczenia do którego się przedostawał tzw. gruntów, cieków wodnych, wód gruntowych, atmosfery, nawierzchni dróg, sprzętu itp. Neutralizacja dokonuje się na drodze chemicznej reakcji poprzez zastosowanie środków powodujących rozkład na związki obojętne dla środowiska ph = 7 lub w sposób fizyczny poprzez jej zbieranie, spalanie. Neutralizacja dokonuje się na miejscu powstania zdarzenia, jak również w miejscach do tego stworzonych, przeznaczonych lub zaadaptowanych.

DYSPERGOWANIE.

Dyspergowanie jest to metoda chemicznego rozproszenia oleju w celu przyspieszenia procesu jego biologicznego rozkładu. Dyspergety są środkami zwiększającymi napięcie powierzchniowe oleju, w wyniku czego jego ciała warstwa ulega rozbiciu na nieograniczoną ilość mikrokropelek. Dawkowanie dyspergentów towarzyszyć musi mieszanie oleju z wodą. Wywołuje on migrację powstałych w opisany sposób cząsteczek w głąb słupa wodnego. Cząsteczki te w odróżnieniu od kropel pozbawionych dyspergentu pozostają w zawieszeniu w wodzie przez długi czas. Złamana zostaje tendencja do wypływania kropel oleju na powierzchnię wody. Daje to czas na mnożenie się mikroorganizmów odżywiających się węglowodorami i przetwarzających je na obojętne dla środowiska substancje. Ale dyspergenty to także zagrożenie toksyczne dla środowiska.

GRAFICZNY PODZIAŁ ŚRODKÓW DO USUWANIA I NEUTRALIZACJI SUBSTANCJI NIEBEZPIECZNYCH

TABELARYCZNE ZASTOSOWANIE ZASTOSOWAŃ

NIEKTÓRYCH NEUTRALIZATORÓW CHEMICZNYCH

NEUTRALIZATORY	SUBSTANCJE NIEBEZPIECZNE
Związki wapna, wapno gaszone, wapno palone, mleko wapienne, wapień, kreda.	Brom, dwutlenek siarki, dwutlenek azotu, chlorek siarki, chlorek sulfurylu, chlorek tionylu, cyjanek sodu, czterofluorek krzemu, fluorowodór, kwas siarkowy, kwas solny, kwas fosforowy, kwas fluorokrzemowy, kwas ortoborowy, kwas chlorooctowy, kwas azotowy, pięciotlenek fosforu, trójtlenek siarki, oleum, siarczan dwumetylu, kwas fluorowodorowy, kwas bromowodorowy.
5 % kwas octowy	Wodorotlenek potasu, wodorotlenek sodu.
Węglan sodu	Kwas nadchlorowy, siarczan dwumetylu.
Wodorotlenek sodu	Metakrylan metylu, nadtlenek benzoilu, akrylan metylu, fenol.
Kwas solny	Pirydyna, trójetyloamina, octan winylu, anilina, hydrazyna.
Kwas siarkowy	Dwumetyloamina bezwodna, metyloamina, trójmetyloamina bezwodna, cyklopropan, etylenodwuamina.

26-03-2001

Temat: Teoretyczne podstawy procesu samonagrzewania

TERMODYNAMIKA

(OMÓWIENIE MATERIAŁU)

~ 14 ~

+

+

+

NEUTRON nie ma ładunku elektrycznego

PROTON jest cząsteczka o ładunku dodatnim

ELEKTRON jest cząsteczką o ładunku ujemnym. Utrzymuje się na orbicie wokół jądra, ponieważ jest przyciągany przez mające ładunek dodatni proton. Przyciąganie to utrzymuje składniki atomu razem. Elektron jest ponad 1800 razy mniejszy neutron lub proton. Atom zawiera zwykle równą liczbę dodatnio naładowanych elektronów. Powoduje to że jest elektrycznie obojętny.

31

15

P

15 protonów + 16 neutronów = liczba masowa 31

15 protonów = liczba atomowa

Szybkość reakcji chemicznej

Podwyższenie temperatury reagentów

Rozdrobnienie reagentów

Katalizatory

Stężenie reagentów

• paliwo w odpowiedniej ilości,

• utleniacz w odpowiednim stężeniu,

• źródło ciepła w odpowiedniej energii,

• obecność pośrednich produktów (rodników) warunkujące ciągłość spalania

1

2

3

Środek ognia

TLEN (powietrze)

Materiał Palny

Rozcięczanie (gazy gaśnicze)

Inhibicja (przerywanie chemicznej reakcji spalania)

Izolowanie (koc gaśniczy)

Chłodzenie (woda)

„O” „OH” „H”

„O” „OH” „H” - rodniki

1l. Wody = 1700l. Pary = 1,7m³

SORBENTY

NATURALNE

SYNTETYCZNE

ORGANICZNE

ORGANICZNE

NIEORGANICZNE

NIEORGANICZNE

Słoma

Sieczka

Trociny

Otręby

Polimery

Węgiel aktywny

Piasek

Pumeks

Glinokrzemiany

Woda i jej roztwory

Gazy gaśnicze

Proszki gaśnicze

Piany gaśnicze

Piana ciężka - izolująco-chłodząca

Piana średnia - chłodząco-izolująca i rozcieńczająca

Piana lekka - rozcieńczająco - izolująca

Chłodzenie materiału palnego

Rozcieńczanie strefy spalania (para wodna)

Izolowanie strefy spalania

Inhibicja hetero i homofazowa spowolnienie reakcji spalania

Działanie izolujące

Obniżenie stężenia tlenu wokół strefy spalania

V_p - objętość piany

V_r - objętość roztworu

ŚRODKI DO USUWANIA

I NEUTRALIZACJI

SUBSTANCJI NIEBEZPIECZNYCH

NEUTRALIZATORY

ŚRODKI WIĄŻĄCE

ZASADY

Do neutralizacji związków kwaśnych

KWASY

Do neutralizacji związków zasadowych

SYNTETYCZNE

NATURALNE

Do pochłaniana związków ropopochodnych

Do pochłaniana substancji chemicznych

Bez neutralizacji

Z neutralizacją

Zjawiska fizyczne

Chemiczna reakcja

Procesy biologiczne

Spalanie płomieniowe

Tlenie

Samonagrzanie materiału

Samozapalenie

---