Криогенные вещества – вещества, у которых критическая температура ниже температуры окружающей среды. Хранение и транспортировка их – в криогенных сосудах.

При разгермитизации сосуда поведение криогенной жидкости подобно поведению воды, налитой на раскаленную поверхность (капли парят над поверхностью).

Различают еще три состояния (кроме криогенного):

• вещества, у которых критическая температура выше, а точка кипения ниже окружающей среды (они отличаются способностью к «мгновенному испарению»);

• вещества, у которых критическое давление выше атмосферного и точка кипения выше температуры окружающей среды (при атмосферном давлении такие вещества находятся в жидком состоянии);

• вещества, содержащиеся при повышенных температурах (водяной пар в котлах).

2.3. Горение твердых веществ

В условиях большинства пожаров, наряду с жидкими и газообразными веществами, горят и твердые вещества, которые широко применяются в промышленности и в быту. К ним относятся органические и неорганические вещества и материалы:

• органические: на основе целлюлозы (древесина, хлопок, х/б ткани, бумага и т.д.):

• ископаемые твердые вещества (бурый уголь, каменный уголь, торф);

• материалы на основе углеводородов и их производных (резина, пластмассы, химические волокна и ткани и др.);

• продукты питания (зерно, зернопродукты, жиры, сахар и др.).

• неорганические:

• металлы (калий, натрий, магний, Al, Ti и др.);

• неметаллы (сера, фосфор, кремний).

Горение твердых веществ отличается от горения газов наличием стадии разложения и газификации. Горение в среде газообразного окислителя чаще всего происходит в результате воспламенения летучих продуктов пиролиза (разложение, деструкция) и имеет многостадийный характер. Под воздействием тепла происходит нагрев твердой фазы → разложение и выделение газообразных (летучих) продуктов → они воспламеняются и горят → тепло нагревает поверхность твердого вещества, вызывая поступление в зону горения новых порций горючих газов.

2.3.1. Горение органических материалов

К классу органических относятся вещества, состоящие в основном из углерода, водорода, кислорода и азота. В их состав могут также входить фтор, хлор, кремний и др. элементы.

Целлюлозные материалы – наиболее распространенные. В их состав кроме С, Н₂ входит, как правило, и О₂, который участвует в процессе горения (поэтому воздуха, естественно, требуется меньше).

Целлюлозные материалы способны при нагревании разлагаться с образованием паров, газов и углеродистого остатка. Количество и состав образующихся при этом газообразных продуктов зависят от температуры и режима нагревания горючих веществ. Газообразные продукты при нагревании твердых веществ образуются в определенном интервале температур и с переменной скоростью, причем при разложении разных горючих материалов выделяется разное количество газообразных продуктов. Состав продуктов также непостоянен и изменяется в зависимости от температуры разложения.

При низких температурах преобладает диоксид углерода и водяной пар, при более высоких температурах образуются горючие газы: водород, метан и др. (коксование углей).

Горение древесины

Древесина является самым распространенным горючим материалом в условиях пожара. По структуре она представляет собой пористый материал с множеством ячеек, заполненных воздухом. Стенки ячеек состоят из целлюлозы и лигнина. Объем пустот в древесине превышает объем твердого вещества (пористость: ду-ба – 56,6%, березы – 62,6%, сосны – 69,3%, ели – 72,0%).

Характер строения древесины определяет ее низкую теплопроводность, быструю воспламеняемость и медленный прогрев внутренних слоев.

При контакте древесины с пламенем быстро нагревается тонкий поверхностный слой – испаряется влага и начинается разложение: до температуры ~ 250⁰С в продуктах разложения содержатся, в основном, водяной пар, диоксид углерода и очень мало горючих газов практически неспособных гореть (ниже НКПВ). При температурах 250⁰…600⁰С – в летучих продуктах содержится в основном диоксид углерода и метан, они воспламеняются от источника зажигания и древесина начинает самостоятельно гореть. Температура воспламенения древесины зависит также от степени ее измельчения (соответственно, ее поверхности):

Т_{НКПВсосны} = 255⁰С; Т_{НКПВопилок} = 230⁰С.

После воспламенения температура верхнего слоя древесины повышается за счет тепла, излучаемого пламенем, и при температурах ~ 300⁰С происходит максимальный выход летучих газообразных продуктов – высота факела пламени наибольшая. Верхний слой древесины превращается в уголь и температура его поверхности достигает 500…700⁰С. По мере выгорания поверхностного слоя, нижележащий слой древесины прогревается до 300⁰С и разлагается. Таким образом, пламенное горение древесины при образовании на ее поверхности небольшого слоя угля еще не прекращается, однако скорость выхода продуктов разложения начинает уменьшаться. В дальнейшем пламя остается только у трещин угля и кислород может достигать поверхности угля. Толщина слоя угля к этому моменту достигает 2…2,5 см и остается постоянной, т.к. наступает равновесие между линейной скоростью выгорания угля и скоростью прогрева и разложения древесины. Одновременное горение угля и продуктов разложения древесины продолжается до тех пор, пока вся древесина не превратиться в уголь. После этого выход и горение газообразных продуктов разложения древесины прекращается, а продолжается только горение угля.

Таким образом, горение древесины состоит из двух фаз: пламенного горения летучих и горения угля. Между ними имеется переходная фаза – одновременное протекание горения в двух фазах.

В условиях пожара основную роль играет первая фаза, т.к. она сопровождается выделением большого объема нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и интенсивным тепловым излучением (пламенем). Все это способствует быстрому распространению горения и увеличению площади очага пожара. Поэтому, при тушении стараются ликвидировать в первую очередь эти очаги пожара.