專題-滅火的基本原理

2021-01-15 賈老師消防工程師

1. 基於熱著火理論的滅火分析

熱著火理論認為,著火是反應放熱因素與散熱因素相互作用的結果。利用熱著火理論進行滅火分析的出發點是使已著火系統的放熱速度小於散熱速度,使體系在燃燒過程中的溫度不斷下降,最後由高溫氧化逐步轉化為低溫氧化。

主要採取的滅火方法有以下三種:

(1)降低環境溫度

(2)降低可燃物或氧氣濃度

(3)改善散熱條件

在體系可燃混合物質確定後,環境溫度、散熱條件以及可燃物或助燃物濃度對體系散熱速度和放熱速度都將產生影響。為了研究問題的方便,在固定變量壓力p、表面傳熱係數h和環境溫度T∞中的兩個後,得到q-T之間的二維函數關係,下圖為散熱曲線和放熱曲線的平面示意圖。

(1)降低環境溫度

如圖所示,假設燃燒發生,體系的溫度處在點A,當T體系>TA,散熱曲線高於放熱曲線,體系的溫度降至點A; T體系< TA時,放熱曲線高於散熱曲線,體系的溫度又升至點A,因此點A是一個穩定燃燒點。

繼續降低環境溫度(火場上常採用的冷卻方法),當溫度降至散熱曲線與放熱曲線相切於點C時(相交狀態的交點燃燒狀況均同點A),放熱曲線和散熱曲線除切點C外還在點A處相交。同理,點A同樣也是一個穩定燃燒點。由熱著火理論分析可知,TC為著火臨界點,不可能自發達到,故不能實現反應體系自身溫度下降直至滅火。

(2)降低可燃物或氧氣濃度

燃燒是可燃物與助燃物之間的化學反應,兩者中缺少任何一種都會導致火焰的熄滅。當體系處於已燃燒狀態時,放熱曲線與散熱曲線處於相交狀態,如左圖所示, q1與qg1處於相交狀態,並在交點A穩定燃燒。為實現滅火,降低體系燃燒混氣密度ρ,當ρ從ρ1下降到ρ2時,相應的放熱曲線由qg1下降到qg2,放熱曲線與散熱曲線相切於點E時,即放熱速度等於散熱速度,則達到滅火的臨界條件,體系混合氣濃度稍有下降即可實現滅火。

(3)改善散熱條件

通過改變系統的散熱條件,也能達到滅火的目的。由左圖可見,當體系在點A穩定燃燒時,若想滅火,可以改善體系的散熱條件。當ql3變到ql2的位置時,放熱曲線與散熱曲線相切於點C並相交於點A,由於點A為穩定點,因此不能實現滅火。繼續增大散熱曲線的斜率,只有使ql3變到ql1的位置時,放熱曲線與散熱曲線相切於點E,系統才達到實現滅火的臨界條件。因為點E為不穩定點,散熱條件稍加擾動(向左)就可實現滅火。同樣,改善散熱條件同樣也存在滅火滯後現象。

2. 基於鏈鎖反應理論的滅火分析

鏈鎖反應理論認為燃燒是一種由自由基參加的鏈鎖反應。自由基是一種瞬變的不穩定的化學物質,它們的反應活性非常強。鏈鎖反應一經發生,就可以經過許多鏈鎖步驟自動發展下去,直至反應物全部消耗完為止。當活性中心由於某種原因全部消失時,鏈鎖反應就會中斷,燃燒也就停止。因此,若要使已著火系統滅火,必須使系統中自由基的銷毀速度大於增長速度。要加快這些自由基的銷毀速度,可以採取以下三種措施:

(1)增加自由基在氣相中的銷毀速度

(2)降低系統溫度,以減慢自由基增長速度

(3)增加自由基在固相器壁的銷毀速度

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