PROCES SPALANIA

Spalanie jest to złożony fizyko-chemiczny proces wzajemnego oddziaływania materiału palnego (paliwa) i powietrza (utleniacza) charakteryzujący się wydzielaniem ciepła i światła.

Proces spalania materiałów zależy m.in. od stanu skupienia paliwa. Dlatego też proces ten może przebiegać jako spalanie płomieniowe i spalanie bezpłomieniowe.

Podział spalania:

• spalanie płomieniowe

• spalanie bezpłomieniowe (tlenie, żarzenie)

płomieniowe

• dyfuzyjne (laminarne - spokojne, turbulentne - burzliwe)

• kinetyczne (wybuchowe np. detonacyjne)

Płomieniowe - jest procesem spalania palnej fazy lotnej. Dlatego też ma miejsce podczas spalania gazów, cieczy i materiałów stałych, które podczas ogrzewania przechodzą w stan lotny.

Bezpłomieniowe - jest to typ spalania niektórych paliw stałych, charakteryzujący się tym, że w czasie spalania nie występuje płomień tzn., że nie tworzy się (lub w minimalnej ilości) palna faza lotna.

Warunki zaistnienia spalania płomieniowego

Aby zaistniał proces spalania płomieniowego muszą być spełnione ściśle określone warunki

Potrzebne są cztery elementy niezbędne do zapoczątkowania spalania i warunkujące ciągłość tej reakcji:

• obecność paliwa (w odpowiedniej ilości),

• obecność utleniacza (w odpowiednim stężeniu),

• obecność źródła ciepła (o odpowiedniej mocy lub temperaturze),

• obecność w płomieniu pośrednich produktów (rodników) warunkujących ciągłość spalania; produkty te tworzą się w przestrzeni objętej spalaniem.

Ilustruje to czworościan zależności elementów składowych (bryła przestrzenna).

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

Zjawisko tlenia występuje zazwyczaj wtedy, gdy ogrzewana jest względnie duża masa materiału a zasadniczą cechą palności takiego materiału jest to< że spalanie zaczyna się w głębiej położonych częściach materiału, gdzie efekty samonagrzewania są największe.

Wydzielone w procesie spalania ciepło przenoszone jest do sąsiednich części paliwa tworząc tzw. Front tlenia lub falę tlącą.

Taki typ spalania charakteryzuje materiały porowate, które w wyniku rozkładu termicznego dają stałą pozostałość węglową. Zasadnicza różnica między spalaniem płomieniowym a bez płomieniowym polega na tym, że tlenie przebiega na ogół w niższych temperaturach, z mniejszą szybkością, z przewagą ilościową produktów częściowego utleniania węgla tzn. tlenku węgla.

W czasie tlenia niebezpieczeństwo pożarowe materiału nie wynika z obecności samego materiału tlącego, lecz z miejsca jego występowania.

Sam tlący się papieros nie stwarza zagrożenia, natomiast będąc w otoczeniu materiałów łatwopalnych stwarza zagrożenie pożaru.

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

Paliwo - nazywamy materiały, które mają zdolność do utleniania w obecności utleniacza.

Źródło ciepła (bodziec energetyczny) - jest to dowolny impuls cieplny mający niezbędny zapas energii cieplnej do zapoczątkowania reakcji spalania materiału.

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

Płomień dyfuzyjny - płomień powstały w wyniku zapalenia tej części objętości, w której następuje mieszanie się paliwa z powietrzem (utleniaczem); szybkość spalania w płomieniu dyfuzyjnym jest określona szybkością dyfuzji (przenikania) powietrza do strefy spalania płomienia

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

Płomień laminarny - jest otrzymywany przy niskich szybkościach przepływu paliwa w stosunku do powietrza.

Płomień turbulentny - jest otrzymywany przy wysokich szybkościach przepływu paliwa w stosunku do powietrza.

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.

Wartość opałowa - nazywa się tę ilość ciepła, która wydziela się podczas całkowitego spalania jednostki masy lub objętości substancji, przy założeniu, że woda po spaleniu występuje w stanie pary.

Produkty spalania

Są to substancje otrzymywane w wyniku procesu spalania materiałów palnych.

Ze względu na stan skupienia dzielą się na gazowe, ciekłe i stałe.

W warunkach pożarowych produkty spalania o różnych stanach skupienia współistnieją ze sobą w obszarze spalania i przemieszczania się ciepła, czyli w tzw., kolumnie konwekcyjnej ognia.

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

• ograniczenie widoczności,

• utrudnienie oddychania, spowodowane ich działaniem toksycznym oraz występującym niedoborem tlenu,

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

Produkty spalania dzielą się na:

Produkty całkowitego spalania - produkty powstałe podczas spalania, nie mające zdolności do dalszego utleniania w warunkach, w których były utrzymane (np. CO₂, H₂O).

Produkty niecałkowitego spalania - produkty powstałe podczas spalania, przebiegającego przy ograniczonym dopływie powietrza (np. CO).

Dym - definiuje się jako gazowe produkty spalania materiałów organicznych w których rozproszone są małe cząsteczki gazowe i ciekłe.

Zgodnie z Normą PN-89/B-02856 Dymem określa się fazę produktów rozkładu termicznego i spalania materiału rozpraszającą światło, składającą się z cząsteczek, które stanowić mogą kropelki cieczy, fragmenty ciała stałego lub fragmenty ciała stałego oblepione cieczą lub smolistą substancją.

PROCES ROZWOJU POŻARU

Rozwój i przebieg pożaru można opisać jako zależność zmiany średniej temperatury gazów istniejących w pomieszczeniu, w warstwie podsufitowej, w czasie trwania spalania

Pożar może powstawać na otwartej przestrzeni jak i w pomieszczeniu. Zasadnicza różnica pomiędzy tymi pożarami polega na tym, że w pomieszczeniach, w wymianie ciepła pomiędzy spalającym się materiałem a otoczeniem bierze udział, jako dodatkowy czynnik grzewczy strumień ciepła zwany „energią zwróconą” ( ciepło odbite od przeszkód np. ścian). W warunkach pożarowych na otwartej przestrzeni nie ma tego zjawiska ponieważ energia cieplna ulega rozproszeniu w atmosferze.

Temperatura pożaru - jest to temperatura gazów spalinowych istniejących w pomieszczeniu w odległości około 5 cm poniżej przeszkody (sufitu).

Faza pożaru - zależność pomiędzy temperaturą pożaru a czasem jego trwania

Fazowy rozwój pożaru

Przebieg pożaru w pomieszczeniu

Faza I - okres wzrostu pożaru, często nazywany fazą przed rozgorzeniową lub

„pre - flash over”

Flash over - określa się jako:

• przejście z lokalnego pożaru do ogólnej konflagracji wewnątrz pomieszczenia, kiedy wszystkie materiały palą się - lub

• jest to stan przejścia od pożaru kontrolowanego przez paliwo do poąru kontrolowanego przez wentylację - lub jest to

• nagłe rozprzestrzenienie się płomienia poprzez niespalone pary i gazy zebrane pod sufitem - lub jest to

• nagłe przejście ze spalania powierzchniowego w spalanie powierzchniowo - przestrzenne.

Z chwilą zaistnienia zjawiska Flash over, pożar przechodzi z fazy I w fazę II - okres w pełni rozwiniętego pożaru.

Faza II - Okres w pełni rozwiniętego pożaru nazywany fazą „post - flash over”

• porozgorzeniową fazą pożaru.

Faza III - Okres gaśnięcia pożaru; w fazie tej obserwuje się spadek temperatury pożaru

w czasie.