Огонь или сгорание является экзотермической химической реакциио кисления-восстановления. Так как сгорание интенсивное, оно приводит к воспламенению, хуже всего в взрыву.

Химическая реакция возгорания проявляется только при объединении трех элементов: окислителя, топлива и энергий воспламенения в достаточном количестве. Обычно, это объединение мы показываем треугольником огня. Таким образом, возгорание останавливается с момента, когда один из элементов удаляется.

КЛАССЫ ПОЖАРА

alumette
triangle_feuТопливо может быть:

  • твердое тело, образующее уголь (пожар класса А) (дерево, бумага, картон,текстиль,ПВХ, …);
  • жидкое или конденсированное тело (пожар класса В) (бензин, дизельное топливо, нефть, керосин, полиэтилен, полистирол, …);
  • газ (пожар класса С) (бутан, пропан, метан, дигидроген, …);
  • металлы (пожар класса D) (железо, алюминий, натрий, магний);
  • бытовые масла и жиры (пожар класса F) (пищевые жиры и масла в сфере питания).

Окислитель – это другой реагент химической реакций. Чаще всего, это атмосферный воздух, и, в частности одного из его основных компонентов, кислорода.

team
Лишая огонь доступа воздуха, можно потушить его, например, если мы положим горящую свечку в пустую банку и закроем его, то пламя погаснет. С другой стороны, если дунем на горящую древесину, пламя усилиться (придаем больше воздуха). Некоторые горелки обеспечиваются кислородом для улучшения сгорания.
В некоторых особых случаях (часто взрывных, таких как алюминий), окислитель и топливо являются одним и тем же веществом (например, нитроглицерин, неустойчивая молекула, окислительная часть которой связана с восстанавливающей частью).

Реакция инициируется энергией воспламенения, как правило, это тепло. Например, трение спички о коробок, нагретый электрический провод, пламя (распространения огня), искры (от зажигалки или любого электрического прибора). Есть много других способов, чтобы обеспечить энергию воспламенения: электричество, излучение, давление и др., что еще позволяют повышение температуры. Тепловыделение позволяет реакций быть самодостаточным в большинстве случаев, даже усилиться в цепной реакции.
Температура, при которой жидкость производит достаточное количество пара, чтобы образовать горючую смесь в воздухе, называется температурой вспышки.


Сгорание метана в кислороде

Горение – это химическая реакция, в которой сложные молекулы разбиваются на более мелкие и более стабильные молекулы за счет перегруппировки связей между атомами. Химия горения является одним из основных частей высокотемпературной химии, которая в основном подразумевает радикальные реакции. Тем не менее, горение можно обрабатывать посредством единой глобальной реакцией.

uniteq1R
Например :
Горение метана в кислороде :
equation2


Двуокись углерода CO2 и вода H2O более стабильные чем кислород и пропан.
Горение представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, а именно окисление топлива кислородом :
  • топливо – это вещество, окисленное во время сгорания; это восстановитель, он отдает электроны;
  • окислитель топлива – это вещество уменьшенное ; это окислитель, он забирает электроны.

Как для всех химических реакции катализатор упрощает сгорание и так как последнее обладает повышенной энергией зажигания, использование катализатора позволяет работать с менее повышенной температурой. Это позволяет полное сгорание, как в случае катализатора, который, благодаря наличию каталитических металлов, сжигает остатки выхлопного газа по более низкой температуре, чем в двигателях.

В случае твердого топлива, энергия зажигания позволяет испарять окислитель и подвергать его пиролизу. Выпущенные газы смешаются с окислителем и дадут топливную смесь. Если энергия, выпущенная сгоранием, больше или равна необходимой энергии зажигания, значит реакция является самоподдерживающейся.


ВЫПУЩЕННАЯ ЭНЕРГИЯ И ТЕПЛОВАЯ СПОСОБНОСТЬ

Количество энергии, выпущенное реакцией, больше количества энергии, необходимого для инициирования.
Количество энергии, выпущенное сгоранием, выражается в джоулях (Дж); это энтальпия реакции.
В областях применения (печи, горелки, двигатели внутреннего сгорания, борьба с огнем), часто используется понятие тепловой способности, являющейся энтальпией реакции на единицу массы топлива или энергии, полученной при сгорании одного килограмма топлива, как правило, выражаемого в килоджоулях на килограмм (обозначается как кДж / кг или кДж*кг-1).
uniteq2R
combustionПри сжигании углеводородов выделяется вода в виде пара. Этот водяной пар сожержит большое количество энергии. Этот параметр учитывается специально для оценки тепловой способности и определяется:
  • Высокая теплотворная способность (ВТС): « Количество выпущенной энергии полным сгоранием топливного элемента, водяной пар предпологается быть конденсированным, а теплота собранной ».
  • Низкая теплотворная способность (НТС) : « Количество выпущенной теплоты полным сгоранием топливного элемента, водяной пар предполагается быть не конденсированным, а теплота не собранной ».

Разница между ВТС и НТС является скрытая теплота парообразования воды (Lv) умножанная на количество выпущенного пара (m), которая равна +/- 2 250 кДж*кг-1 (последнее значение зависит от давления и температуры).

Получаем следущее уравнение: PCS = PCI + m•Lv.

Для того чтобы потушить реакцию сгорания, нужно исключить один из трех элементов пожарного треугольника :

  • ликвидация топлива: задвижка клапана или затвора, который обеспечивает сгорание; отдаление топлива от огня, вытяжка для удаления дыма (который содержит остатки топлива);
  • ликвидация окислителя (тушение): использование углекислотногоогнетушителя, покрывало, распыления водына твердоетопливо;
  • ликвидация энергии воспламенения (охлаждение): распыление воды в случае предварительно смешанной атмосфере (смесь газа или топливный газ и частицы окислителя), теплопоглощающие стекла (лампа шахтера «Дэви»), вытяжка для удаления дыма (который является горячим).

РОЛЬ ВОДЫ ПРИ ТУШЕНИИ

У воды может быть две роли :

1.в случае твердого топлива, ограничивающим фактором является поставка окислителя (воздуха), огонь, производящий свое тепло; вода гасит огонь производя пар, который предотвращает доступ кислорода;

2.в случае предварительно смешанного воздуха, мы не можем отделить топлива от окислителя, единственным возможным действием является охлаждение атмосферы, для того, чтобы предотвратить распространение пламени (водяной партакже действуеткак разбавитель).

Тем не менее, существуют случаи, когда фактором инициирующего сгорания не является энергия воспламенения. Например, взрыв дымовых газов является сильным возгоранием несгоревшего газа в дыме (смотреть неполное сгорание), вызванного внезапным воздухом, то есть окислителем. Интервал, в котором может сжигаться смесь газ / воздух, ограничивается пределами взрыва в воздухе. Этот интервал может составлять от нескольких процентов (керосин) до нескольких десятков процентов (ацетилен).

team

РОЛЬ ДОБАВОК ПРИ ТУШЕНИИ

allumette

Роль воды при тушении огня можно описать следующим образом :

  • охлаждение очага поглощением тепловой энергии;
  • удаление окислителя (кислорода);
  • разбавление атмосферы путем добавления пара в воздух горючей смеси;

Основные ограничения использования воды связаны с физико-химическими характеристиками воды :

> Вода не может быть использована для некоторых типов пожаров :
  • Горение углеводородов (класс В), так как в последствии приводит к распределению огня путем передачи углеводородов. Разница плотности между этими двумя продуктами является основой этого явления.
  • Горение металлов (класс D),так как этот вид пожара производит большое количество энергий (до 7550калорий /кг, алюминий) и вода, так же может создавать бурную химическую реакцию с горючим металлом (путем окисления).
  • Горение пищевых жиров (класс F), потому, что пар будет нести и распространять топливо, фактически увеличивая размер очага.
> Вода содержит кислород (O²), и учитывая, что молекула воды трескается при температуре от+/-1500 °С (в основном из-за чрезмерной кинетической энергии атомов, которая разрывает связи), так же обеспечивая огонь легковоспламеняющимся водородом (H) +кислородом(O²).

Наука поняла и изучила эти явления, и следовательно стало возможным разработать водные добавки, позволяющие :

  • Отличное поглощение тепла благодаря высокой плотности;
  • Обеспечить элементами, поглощающие свободные радикалы внутри пожара;
  • обеспечить пенообразовательным веществом, позволяющим воде оставаться на поверхности горения жидкого тела, и таким образом сдерживать горючий пар;
  • обеспечить со специфическими реагентами, способных реагировать и менять свойство горючего топлива.

Водные добавки, как правило, эффективны только для некоторых классов пожаров (класс А + класс В или даже класс А + класс В +класс F), тем самым повышая мощность огнетушения и универсальность огнетушителя.