Czworościan po\
aru
Czworościan po\
aru
Substancja palna
W warunkach po\
arowych zazwyczaj spalają się materiały stałe.
W przybli\
eniu połowa wypadków śmiertelnych i około 30%
wypadków bez ofiar powstaje podczas po\
arów budynków
mieszkalnych.
Spalanie par cieczy i gazów palnych zachodzi zazwyczaj w
czasie awarii, katastrof w zakładach przemysłowych,
magazynach itp.
Badania statystyczne po\
arów w pomieszczeniach mieszkalnych (Wielka
Brytania w latach 1996  2000) analizujące pierwsze materiały, które
ulegajÄ… zapaleniu w warunkach po\
arowych .
4% 23%
5%
6%
12%
artykuły poś cielowe m eble tapicerowane ubrania
nieznane m ateriały inne artykuły papierowe (tektury)
Å› m ieci oleje jadalne
14% 20%
16%
Ciepło spalania, szybkość wydzielania ciepła materiałów
pozwalają ocenić substancje palne pod względem ich wydajności
cieplnej i decydujÄ… o dynamice rozwoju i mocy po\
aru.
Ciepło spalania jest to ilość ciepła wydzielona podczas całkowitego spalania
jednostki masy danej substancji. Dla ciał stałych i cieczy ciepło spalania wyra\
one
jest w [kJ/kg lub MJ/kg], a dla gazów w [kJ/m3].
Ciepło spalania
Nazwa materiału [MJ/kg]
Celuloza 16,1
Polietylen 46,5
Polipropylen 46,0
Polistyren 41,6
Poli(chlorek winylu) 20,1
Pianki poliuretanowe 24,4
Ropa naftowa 40,5
Węgiel kamienny 40,2
Alkohol etylowy 24,1
y
ródła ciepła - nazywane inaczej bodz
cami energetycznymi, sÄ…
to dowolne impulsy cieplne mające niezbędny zapas energii
cieplnej wymaganej do zapoczÄ…tkowania reakcji spalania.
o Moc cieplna bodz
ca energetycznego zale\
y min. od jego rodzaju,
obszaru i sposobu oddziaływania.
W zale\
ności od mocy cieplnej i jego charakteru (z emisją
światła czy bez) bodz
ce energetyczne dzielimy na:
" pilotowe (punktowe)- (zapas energii cieplnej i światło, działa na
ściśle określoną powierzchnię) - płomień zapałki lub innych
materiałów, iskra elektryczna lub mechaniczna, \
arzÄ…cy siÄ™
papieros, T>500oC
" ciągłe (posiadające niezbędny zapas energii cieplnej)  radiator,
powierzchnia grzejna, procesy biologiczne itp., większa
powierzchnia oddziaływania ok. co najmniej 20kW/m2
y
ródło ciepła Moc [W]
śarzący się papieros
5W
O
(średnia temperatura 750 C)
Płomień zapałki
6W  7 W
O
(średnia temperatura 800 C)
śarówka
ok. 60W
(w zale\
ności od mocy)
Papiery wyrzucone do kosza na śmieci 100kW
Po\
ar ropy naftowej
2,5MW
(rozlewisko o średnicy 1m2)
Sztaple drzewa układane do wysokości ok. 3m 7MW
Polistyren
(składowany w kartonach na powierzchni 2m2 i 30  40MW
wysokości 4,9m)
Dla porównania człowiek podczas
Dla porównania człowiek podczas
normalnego wysiłku mo\
e wytworzyć moc
normalnego wysiłku mo\
e wytworzyć moc
ok. 100W
ok. 100W
Płomień świecy
Produkty spalania
Tlen dyfundujÄ…cy
do strefy reakcji
Świecąca strefa płomienia
śarzące się
czÄ…stki sadzy
Strefa reakcji gazowych
Tworzenie siÄ™
czÄ…stek sadzy
Nie świecący trzon płomienia
Rozkład termiczny
Powierzchnia rozkładu
termicznego
Mięknięcie wosku
Charakterystyka płomienia
Charakterystyka płomienia
cieplna
spektralna
" Maksymalna Temperatura
funkcjÄ… struktury
płomienia,
molekularnej
w po\
arze nie ma znaczenia
" Średnia temp. spalania gazów
spalinowych w po\
arze
(zale\
na głównie od wielkości
ciepła spalania danego
materiału)
" Objętość powietrza im większa
jest potrzebna tym temp.
spalania ni\
sza
" Ciepło właściwe gazów
spalinowych nie wpływa
istotnie na wielkość temp.
spalania
Kolory dymu i płomienia dla określonych
substancji palnych
Kolor dymu Kolor płomienia Substancja palna
Drewno, papier,
Szary do brÄ…zu Czerwony do \
ółtego
ubrania
Czarny Czerwony do białego benzyna
śółty do białego
Lekka frakcja ropy
Biały do szarego
(tw.25-135oC)
Czarny do brązowego śółty do białego Terpentyna
Ciemny czerwony do
Czarny Nafta
\
ółto- pomarańczowego
Biało niebieski do
Czarny Benzyna ciÄ™\
ka
białego
Kolory płomienia i zakres temperatur
Kolor Zakres Kolor Zakres
płomienia temperatur [oC] płomienia temperatur [oC]
Jasno czerwony 482-537 A
ososiowy 871-927
Ciemno
czerwony
537-593 Pomarańczowy 927-982
Ciemno
593-649 Cytrynowy 982-1038
wiśniowy
Åšrednio
649-704 Jasno \
ółty 1038-1149
wiśniowy
Jasno wiśniowy 704-760 Biały 1177-1232
BÅ‚yszczÄ…co- BÅ‚yszczÄ…co-
760-816 Powy\
ej 1371
czerwony biały
Świecenie płomienia ró\
nych substancji podczas ich spalania w
powietrzu, zale\
y od ich składu chemicznego, głównie od zawartości
pierwiastków węgla i tlenu.
Substancja palna zawierająca w swoim składzie elementarnym
ponad 50% węgla pierwiastkowego spala się płomieniem zazwyczaj
silnie dymiącym, kopcącym, świecącym np. papier, nafta, benzyny.
Inne materiały posiadające mało węgla pierwiastkowego w swoim
składzie (<50%) dają płomień słabo świecący (prawie niewidoczny)
np. wodór, tlenek węgla, siarka, alkohol metylowy.
Badania przeprowadzone przez Kirchhoffa, Sefana oraz
Boltzmanna wykazały ponadto, ze ka\
de ciało pochłania
dokładnie takie same długości fal promieniowania, jakie samo
emituje, a całkowita energia E wypromieniowywana przez ciało
(we wszystkich długościach fal) jest wprost proporcjonalna do
czasu promieniowania Ä, wielkoÅ›ci powierzchni promieniujÄ…cej F
oraz czwartej potęgi temperatury bezwzględnej T ciała:
4
E = C Å"Ä Å" F Å" T
gdzie: C  współczynnik
proporcjonalności zwany stałą promieniowania (stała Stefana -
Boltzmanna). Wartość jego wynosi dla ciała doskonale czarnego:
C = 4,97`10-8 kcal/m2`h`K4 = 5,7`10-12 W/cm2`K4.
Dla innych ciał wartość współczynnika jest mniejsza, równa
iloczynowi stałej C przez współczynnik emisji e.
E
e =
Ec
Ciepło wydzielające się podczas spalania substancji, nie jest
zu\
ywane w całości na ogrzanie produktów. Część ciepła
wymieniana jest z otoczeniem.
Tsp=Tspteor  S (straty)
Energia cieplna, która idzie na ogrzanie produktów spalania,
zaliczana jest do strat.
Czym te straty sÄ… mniejsze, tym wy\
sza jest temperatura
płomienia.
Zmniejszanie strat cieplnych, uzyskać mo\
na drogą zwiększania
całkowitości spalania i odpowiednim zmniejszeniu objętości
płomienia.
Substancja Temp. płomienia Emisyjność  e
Substancja Temp. płomienia Emisyjność  e
Alkohol etylowy 1220 0,066
nafta 970 0,07
olej napędowy 830 0,32
benzen 770 0,70
Temperatura płomienia zale\
y głównie od ciepła spalania
substancji spalanej, od ciepła właściwego i entalpii gazów
spalinowych, od zdolności emisyjnej płomienia i od wielkości
powierzchni spalania.
Substancja spalana Utleniacz Temperatura płomieni
[oC]
Wodór Powietrze 2100
Wodór Tlen 2750
Acetylen Powietrze 2150
Acetylen Tlen 3100
Acetylen Podtlenek azotu 2950
Metan Powietrze 1950
Metan Tlen 2730
Propan Powietrze 1930
Propan Tlen 2780
Gaz świetlny Powietrze 1840
Gaz świetlny Tlen 2800
Cyjan Tlen 4600
Utleniacz- - substancja, która chętnie przyłącza elektrony
obni\
ając swoją elektrowartościowość.
Najczęściej spotykany utleniacz to tlen z powietrza. Tlen w zwykłych warunkach
Å‚Ä…czy siÄ™ tylko z nielicznymi pierwiastkami np. fosfor, metale alkaliczne.
W podwy\
szonej temperaturze niemal ze wszystkimi wyjÄ…tek- fluor, platyna.
Proces spalania zachodzi tak\
e przy pomocy związków bogatych w tlen
pierwiastkowy lub pierwiastków najbardziej elektroujemnych F2,Cl2, Br2, J2 i
innych. Do najczęściej spotykanych utleniaczy nale\
Ä…:
Nadmanganian potasu KMnO4
Dwuchromian potasu K2Cr2O7
Nadtlenek wodoru H2O2
Podchloryn wapnia Ca(ClO)2
Tlen O2
Ozon O3
Nadtlenek sodu Na2O2
Nadtlenek eteru etylowego (C2H2)2O2
Pięciotlenek azotu N2O5
Kwas azotowy HNO3
Powietrze O2 + N2 + inne składniki
SPOSOBY INICJACJI REAKCJI
SPALANIA
samozapłon
benzyna
Q
Q
zapłon
benzyna
Q
Q
SPOSOBY INICJACJI REAKCJI SPALANIA
" zapłon (zapłon wymuszony, pilotowy)
" samozapłon (zapłon wymuszony)
" samozapalenie (zapłon samoistny
Proces zapłonu- polega na zapaleniu mieszaniny palnej pilotowym
bodz
cem energetycznym tylko w bardzo ograniczonej przestrzeni,
wokół której powstaje czoło płomienia przemieszczające się następnie
ju\
samoczynnie na całą pozostałość mieszaniny palnej.
Proces samozapłonu polega na równomiernym ogrzewaniu mieszaniny
palnej strumieniem ciepła (bodz
cem ciągłym) do takiej temperatury, w
której zapala się ona samorzutnie w całej masie, bez udziału tzw.
pilotowego bodz
ca punktowego.
Proces samozapalenia - proces samorzutnego nagrzewania siÄ™
substancji palnych zachodzÄ…cy w wyniku egzotermicznej reakcji
substancji palnej i utleniacza bez udziału bodz
ców zewnętrznych.
Temperatura zapłonu cieczy jest to najni\
sza temperatura cieczy,
w której wytwarza ona pary wystarczające do zapłonu od
zewnętrznego pilotowego bodz
ca energetycznego.
Temperatura zapłonu ciała stałego w postaci litej - brak takiej
temperatury; wyjątek - materiały palne stałe ulegające sublimacji
np. kamfora, naftalen.
W literaturze przedmiotu mówi się o temperaturze zapłonu
produktów lotnych palnych (zapłon pilotowy) uzyskanych w
czasie rozkładu termicznego i spalania ciała stałego.
Temperatura zapłonu gazów  brak.
Zapalność gazów palnych nie charakteryzuje się przez podanie
temperatury zapłonu, poniewa\
ulegają one zapłonowi np. od
płomienia, w ka\
dej temperaturze wy\
szej od ich temperatury
skroplenia, ale pod warunkiem, \
e stÄ™\
enie gazu w mieszaninie
z powietrzem zawiera się w zakresie między dolną a górną
granicą wybuchowości.
Wartości liczbowe temperatur samozapłonu i samozapalenia
dla danego materiału są sobie równe, lecz w inny sposób są
osiÄ…gane.
Temperaturą samozapłonu (zapalenia) cieczy, gazów, ciała
stałego nazywamy najni\
szÄ… temperaturÄ™ powierzchni grzejnej, w
której w danych warunkach i dla danej mieszaniny palnej następuje
jej samorzutnie zapalenie
Temperatura samozapalenia cieczy, gazów, ciała stałego 
najni\
sza temperatura materiału palnego, w której następuje jego
samozapalenie w określonych warunkach badania bez udziału
bodz
ców zewnętrznych.
Spalanie mieszanin palnych gazowych
przebiega wg mechanizmu reakcji
łańcuchowo-wolnorodnikowej
W płomieniu przy pomocy ró\
norodnych technik
instrumentalnych stwierdzono obecność wysokoenergetycznych
atomów lub fragmentów cząsteczek (rodników) typu H, OH, H02 i
inne.
Wolne rodniki- występują w procesach spalania jako produkty
pośrednie w postaci atomów lub fragmentów cząsteczek, posiadają
nieparzystą liczbę elektronów lub dwa elektrony niesparowane
np. H, O, OH, HO2, CH, CH3, C2H, C2 itp.
Typ reakcji wolnorodnikowej charakteryzuje siÄ™ seriÄ… przemian.
Zaczyna się wytworzeniem rodników wodoru (dysocjacja
termiczna, zderzenie czynnika palnego z czÄ…st. o du\
ej energii.
W wyniku których lawinowo narasta dodatkowa ilość rodników.
Poniewa\
stÄ™\
enia atomowego tlenu są przynajmniej o dwa rzędy
wielkości mniejsze od stę\
eń rodników H i OH, dlatego te\

reakcje z O pominięto.
W w/w reakcjach są ró\
ne szybkości reakcji:
" r. wzrostu łańcucha - szybkość rzędu 0,01 ms
" r. rekombinacji - kilka ms, dlatego rodników H jest zawsze
trochę więcej.
Rola rodników wodorowych w procesie spalania paliw
węglowodorowych jest bardzo wa\
na.
WiÄ…\
e się to z ich wysoką ruchliwością kilkakrotnie wy\
szÄ… od
pozostałych rodników. Atakiem atomu wodoru na O2 w strefie
spalania rozpoczyna się proces rozgałęzienia łańcucha.
Reakcje dwuczÄ…steczkowe charakteryzujÄ… siÄ™ niskimi
energiami aktywacji i przebiegają szybko  Czas rzędu
10-5- 10-6s. DecydujÄ… one o ustaleniu siÄ™ w strefie spalania
ponad równowagowych stę\
eń wolnych rodników (H,
OH, O oraz jonów H3O+)