автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Исследование влияния на пожарную безопасность и процессы тления диспергированных древесноволокнистых материалов минеральных модифицирующих добавок

Введение

Глава 1 Анализ статистических данных по пожарам связанным с процессами тления и самовозгорания

Глава 2 Основные теоретические сведения о процессах 20 гетерогенного горения

2.1. Зарождение тлеющего горения

2.2. Критические условия тления

2.3. Основные закономерности и зависимости 40 распространения процессов тления

2.4. Факторы и условия влияющие на возникновение и 52 характеристики гетерогенного горения

2.5. Катализаторы и ингибиторы тления

2.6. Пиролиз древесины

2.7. Цель и задачи исследования

Глава 3 Анализ моделей тления и теплофизических методов определения кинетических параметров и условий самовозгорания

3.1. Возможные модели распространения фронта тления в 94 пористых телах

3.2. Методы определения условий самовозгорания

Глава 4 Экспериментальные данные по процессам тления и 113 самовозгорания и их обсуждение

4.1. Определение скорости распространения 113 гетерогенного горения и температуры фронта тления

4.2. Определение кинетических параметров процесса самовозгорания

Глава 5 Экспериментальные данные по дериватографии и 135 активации ДДВМ

Исследование причин возникновения вторичных пожаров, которые, в подавляющем большинстве случаев, проходят через стадию тления, представляет особый практический и научный интерес. Гетерогенное горение или тление часто протекает скрытно или в толще разрушенных конструкций. Все очаги тления после тушения трудно определить и ликвидировать. Вследствие этого тление является основной причиной вторичных возгораний. Именно тление определяет необходимость большого количества дополнительных мероприятий по тушению - что составляет общую специфику пожаров класса А. Из материалов склонных к тлению древесноволокнистые занимают одно из первых мест.

С целью снижения пожарной опасности древесины и продуктов ее переработки в последнее время появилось большое количество пропиточных составов для снижения пожарной опасности древесины и продуктов ее переработки. Подавляющее большинство огне- био- защитных композиций содержат ингибиторы, влияющие на гомогенный (пламенный) период горения, но при этом не учитывается, что некоторые входящие в состав таких композиций компоненты могут способствовать возникновению тления. Также следует отметить, что систематические исследования по изучению влияния различных добавок на параметры поверхностного горения ограничиваются проблемами, связанными с разработкой прогрессивных методов сжигания твердого топлива, хотя, специальная поверхностная обработка материалов, склонных к тлению, либо их загрязнение огнетушащими веществами и продуктами сгорания, может оказывать существенное влияние на условия возникновения тления и, соответственно, вторичного пожара. В литературе описан случай, когда после ликвидации пожара в бункере Л древесноволокнистых отходов емкостью 450 м были зарегистрированы очаги вторичного возгорания через 3,5 и 7,5 часов. При этом первичное возгорание было ликвидировано через 1час 20 минут.

Таким образом, изучение аспектов пожарной безопасности материалов обработанных защитными композициями, причин возникновения вторичных очагов пожара, является актуальным как с практической, так и с научной точки зрения. Для практики важно научно обосновать разрабатываемые профилактические и оперативные меры, предупреждающие возникновение тления. В то же время аргументированная возможность реставрировать предпожарную ситуацию способствует более целенаправленному расследованию и экспертизе пожаров, что актуально и с научной точки зрения.

Настоящая работа посвящена определению параметров гетерогенного горения, а также изучению влияния продуктов сгорания и модифицированных добавок на процесс возникновения повторных тлеющих очагов горения в диспергированных древесноволокнистых материалах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ пожаров имеющих стадию тления, который показал, что на пожарах, связанных с горением диспергированных древесноволокнистых материалов, возникают длительные очаги тления, которые, как правило, приводят к возникновению повторных очагов горения.

2. Определены основные продукты пожара и вещества, встречающиеся на пожарах, которые оказывают влияние на процессы возникновения повторных очагов горения и на гетерогенный режим горения. Такими веществами являются зола, присутствующая на всех пожарах, и карбонат калия, составляющий большую часть компонентов входящих в состав золы, а также пенообразователь, который используют как смачиватель.

3. Исследование широко используемых для повышения огне- биостойкости модифицирующих добавок в пропиточных составах на кинетические параметры возникновения гетерогенного горения показало, что многие из них промотируют процесс тления. Наибольшую опасность из рассматриваемых добавок представляет зола, введение которой снижает энергию активации в 1,4 раза. Определенную опасность представляют карбонат калия и карбамид, которые используются в ряде огнезащитных составов (ПП, ПСБ, и ряд других). Так, к примеру, образцы, обработанные и содержащие мочевину, имеют энергию активации в 1,2 раза больше, чем чистое вещество, однако при этом они обладают самой высокой температурой тления.

4. Разработана методика исследования процессов тления, которая позволяет вести наблюдение за продвижением фронта тления и изменением температуры в образце.

5. Разработаны предложения, позволяющие снизить вероятность возникновения повторных очагов горения и даны рекомендации по испытаниям вновь разрабатываемых огне-, биозащитных составов. К таким предложениям относятся применение новых огне- и биозащитных композиций, которые содержат подавители тления либо снижают энергетику процесса. Показано, что в качестве основных компонентов можно использовать составы на основе фосфор- и боросодержащих соединений. Боросодержащие соединения наиболее предпочтительны т.к. могут выступать еще и в роли биозащиты. Модифицирующие составы, в которые входит инкапсулированная, кристаллическая или каким либо образом химически связанная вода способны увеличивать период индукции процессов самовозгорания и тем самым оказывать более продолжительное защитное действие.

6. Рекомендовано для тушения диспергированныхх древесноволокнистых и целлюлозобумажных материалов использовать растворы, содержащие пенообразователь и компоненты выполняющие роль пеногасителей. Соотношение таких компонентов 1:1000 в массовых частях, при этом происходит более быстрое проникновение огнетушащего раствора внутрь скоплений диспергированных веществ и материалов.

7. Показано, что модификация древесноволокнистых отходов, по способу, описанному в диссертационной работе, может служить основой технологии получения активных осветляющих углей без использования специального технологического оборудования.

Теоретическая и практическая значимость результатов диссертационного исследования подтверждается внедрением в учебный процесс кафедр Специальных экспертиз и исследований и Пожарной безопасности процессов аппаратов и технологий Санкт-Петербургского Университета МВД России; кафедры Санкт-Петербургского Балтийского государственного технического университета; кафедры экологии и охраны окружающей среды Санкт-Петербургского технологического института.

Апробацией основных положений работы на научных семинарах и конференциях различного уровня.

По теме диссертации опубликовано шесть научных статей.

1. Драйздел Д. Введение в динамику пожаров /Пер. с англ. БомштейнаК.Г. Под ред. Ю.А. Кошмарова, В.Е. Макарова -М.: Стройиздат, 1990. -424с.

2. Бахман Н.Н. Распространение пламени вдоль поверхности контакта горючего и окислителя -ФГВ 1987. №2

3. Л.М. Батунер, М.Е. Позин «Математические методы в химической технике», Госхимиздат, Ленинград 1963 г., 639 с.

4. Самовозгорание мелкодисперсных продуктов и меры борьбы с ним. /Норка З.М., Битюцкий В.К. и др. -М. НИИТЭХИМ -1986.

5. Э.Шварц Пожары и взрывы от химико-технических причин.Издательство народного комиссариата внутренних дел РСФСР. -М. 1929.

6. Основы практической теории горения : учебное пособие для ВУЗов. /В.В. Померанцев, К.М. Арефьев и др. -Л. Энерогоатомиздат -1986. -312с.

7. Померанцев В.В., Шалалова С.Л. и др. Самовозгорание и взрывы пыли натуральных топлив. -Л. Энергия -1978. -143с.

8. Платов П.Г. О распространении пламени по поверхности горючих жидкостей. /ИФЖ, 1960 -с.46-59.

9. Moussa N.A., Toong T.J.and Garris C.A. Mechanism of smouldering of cellulosic materials. 16th Sump.(Int.) on Combashion, 1977 p. 1447-1457. The Combustion Justitute, Pittsburgh.

10. Чешко И.Д. Экспертиза пожаров. -С-Пб.: С-ПбИПБ МВД России, 1997.-560с.

11. Бахман Н.Н. Закономерности распространения волны тления. -ФГВ №1 -1993г.

12. Mintz K.J. Fire and Materials -1991 №2

13. Palmer K.N. Smouldering combustion of dusts and fibrous materials. Combust Flame -1957. №2 p. 129-154.

14. Вогман JT.П., Дегтярев А.Г. Горение конденсированных систем. -Черноголовка 1989.

15. Garris С.A. 16th Sump. (Int.) on Combustion /Cambridge, 1976 p. 14481485.

16. Мелихов A.C., Никитенко И.Н. Горение конденсированных систем -Черноголовка -1989.

17. Демидов П.Г. Основы горения веществ. Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФС. -М. -1951.

18. Общая химическая технология. ч.1 под редакцией проф. И.П. Мухленова. Москва "Высшая школа" 1977г.

19. М.Б. Равич Поверхностное горение. Изд-во академии наук СССР -Москва Ленинград. -1946.

20. Roberts A.F. The heat of reaction during the pyrolysis of wood. . Combastion and Flame, 1971, № 12, p. 29-36

21. B.M. Никитин «Химия древесины и целлюлозы» Гослесбумиздат,1. Москва-Ленинград, 1960г.

22. Асеева P.M., Залков Г.Е. «Горение полимерных материалов» -Москва. Наука 1984г 480с.

23. Мадорский С. Л. « Термическое разложение органических полимеров» Москва. Наука 1969г, 192с.

24. Мержанов А.Г, Струнина А.Г. Закономерности теплового взрыва в условиях с постоянной скоростью// Научно-технические проблемы горения и взрыва 1965г, стр. 59-74.

25. Мальцев В.М., Мальцев М.И. и др. «Основные характеристики горения»» -М.: Химия 1977, 320с.

26. Мс Carter R.I. Smouldering Combustion of wood fibres: cause and prevention. I.Fire and Flammability 1978/

27. Леонович A.A. «Огнезащита древесины и древесных материлаов». Санкт Петербург ЛТА 1994г

28. Захарьевский М.С. «Кинетика и катализ» Изд-во Ленинградского ордена Ленина гос. Университета им А.А.Жданова 63г.

29. Experimental study of self ignition and smoldering of moist cellulosicmaterials/ Bard О., Kerri O.A.// Trans. ASMEJ. Energy Resource Technol. 1992,№2,pl46-151.

30. Константинова Л.И., Фидин Л.Р. «Склонность пенопластов и композиционных материалов к тлению». В кн. Пожарная профилактика. -М. ВНИИПО, 1984г.,с.50-55

31. Асеева P.M., Залков Г.Е. «Горение полимерных материалов» -Москва. Наука 1984г 480с.

32. Sato Kenji, Sega Setsuko " The mode of burning some spread along cylindrical cellulosic material" J. Fire Sci., 1985, 3, p.26-34.

33. Ohlomiller T.J. A survey of several factors influencing smoldering combustion in flexible and rigid polymer foams. Flammability of Cellular Plastics, 1981,p.63-83

34. Messkanoo A. Averson A. Combustion and Flame, 1971, 10, p89.

35. Алдушин А.П., Ивлева Т.П. и др. «Распространение фронта горения в пористых металлических образцах при фильтрации окислителя» В кн.: Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, 1975, ОИХФ АН СССР с.245-256

36. Алдушин А.П., Сеплярский Б.С. «Теория фильтрационного горения пористых металлических образцов» Черноголовка 1977г.

37. Гришин A.M. « Сопряжение и нестационарные задачи реагирующих средств» -Новосибирск, Наука с. 135

38. А.с. 1500358 (СССР) Устройство для исследования тлеющейспособности твердых материалов. А.Д.Голиков, B.C. Махин41. «Самовозгорание мелкодисперсных продуктов и меры борьбы с ним». /Норка З.М., Битюцкий В.К. и др. -М.: НИИТЭХИМ, 1986г.

39. ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номеклатура показателей пожарной опасности и методы их определения»

40. Киселев Я.с. Самовозгорание дисперсных твердых материалов в атмосфере воздуха// Тезисы докладов V Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву. Одесса, 1977г. -190с.

41. Топорищев А.А. Кинетические и температурные характеристики допламенного горения древесных материалов и их использование для прогноза и профилактики пожаров при термической сушке шпона: Дисс.к.т.н. -М. 1987г., 190с.

42. Удилов В.П. Кинетические характеристики процессов самовозгорания торфов сибири и их использование при прогнозе и профилактике пожаров: Дисс. к.т.н. -М 1986г. 200с

43. Саранчук В.И., Баев Х.А. Теоретические основы самовозгорания угля. -М.: Недра, 1976г-152с.

44. Саранчук В.И. Исследование окисления и самовозгорания угля и отвальной массы угольных предприятий. /Дисс. к.т.н. 1979г. -330с

45. Маевская В.М. Исследование теплового обмена процесса самовозгорания углей. //Изд. ВУЗов, Сер.Горный журнал. 1976г №7 54-59с.

46. Киселев Я.С. Самовозгорание пищевых продуктов при ихтермической сушке. Дисс.: к.т.н. Омск, 1983 -479с.

47. Киселев Я.С., Топорищев А.А. Компенсационное уравнение и их использование для прогноза самовозгорания целлюлозных материалов.// Пожарная профилактика и математическая статистика в пожарной охране. -М.: ВНИИПО, 1984г., 50-59с.

48. Барзыкин В.В. « Тепловой взрыв при линейном нагреве». Физика горения и взрыва №1 1973г С. 37-54.

49. Абрамов В.Г., Гонтовская В.Т. «К теории теплового самовоспламенения».//Сообщение 3 : Закономерности перехода от самовоспламенения к зажиганию в системах с автокаталитическим механизмом разложения. Изв. АН СССР. Серия Химическая.-1957г. с.26-29.

50. Григорьев Ю.М. Тепловой взрыв.// Тепломассообмен в процессах горения. Черноголовка, 1980г.с.3-16

51. М.М. Попов «Термометрия и калориметрия». 1954г. 2-е издание, М, МГУ, 942с.

52. Киселёв Я.С. Критерий неравномерности нагрева. // АН СССР, I международная конференция по полимерным материалам пониженной горючести. Тезисы докладов, т.1, -Алма-Ата, 1990.

53. Мержанов А.Г. Неизотермические методы в химической кинетике. // Физика Горения и Взрыва, 1973, №1, С.4-36.

54. Киселёв Я.С. Скрытое горение при пожарах на торфяниках и в лесах. // Мониторинг безопасности жизнедеятельности. -1995, №2. -С.41-42.

55. А.С. №1451668 (СССР). Киселёв Я.С., Киселёв В.Я. Термостат для определения кинетических параметров экзотермических реакций.

56. Киселёв Я.С., Абрамов А.С. Термоокислительная дезактивация углеродных материалов. // Журнал прикладной химии, т. 50, -М.: Наука, 1977.

57. Киселёв Я.С. Явление туннелирования электронов в реакциях гетерогенного окисления при самовозгорании твёрдых материалов. // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. -JL: СПбВПТШ, 1992, С.31-42.

58. Кинетические характеристики низкотемпературного горения торфа. / Киселёв Я.С., Удилов В.П., Борисов А.А. // Теплофизика лесных пожаров: В сб. науч. тр. Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1984. -7с.

59. Киселёв Я.С., Удилов В.П. Изучение самовозгорания торфа залежей Иркутско-черемховской равнины. // Недры. Торфяная промышленность, (9) 1984.-Зс.

60. Фалюшин П.Л. Самовозгорание торфа при хранении: Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н. -Минск, 1992. -56с.

61. Киселёв Я.С., Киселёв В.Я. Проблемы самовозгорания органических материалов. Сообщение 1. Физика самовозгорания. // -М.: Пожнаука. Пожаровзрывобезопасность. (1) 1992. -5с.

62. А.Г. Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» Изд. «Химия»; Москва 1971г. -784с.

63. К.С. Кольцов, Попов Б.Г. «Самовозгорание твердых веществ и материалов и его профилактика»,-М.:Химия,1978 г., -160с.

64. Кутателадзе С.С. «Основы теории теплообмена» Изд. «Наука»; Новосибирск, 1970г.

65. Филиненко Г.К., Лебедев П.Д. « Сушильные установки» Изд. Госэнергоиздат; 1952г.

66. Лурье М.Ю. «Сушильное дело» Госэнергоиздат; 1948г.

67. Ужов В.Н. «Борьба с пылью в промышленности» Госхимиздат;1962г.

68. Кирпичев М.В. «Теория подобия» Изд. АН СССР 1953г.

69. Гухман А.А. « Введение в теорию подобия» Изд. «Высшая школа»1963г.

70. Брайнес Я.М. Подобие и моделирование в химической технологии» Гостоптехиздат 1960г.

71. Бояринов А.И., Кафаров В.В « Методы оптимизации в химической технологии» Изд. Химия 1968г.

72. Садов Ф.И. и др. « Химическая технология волокнистых материалов» Гизлегпром 1956г.

73. Ф.Х. Садыков «Текстильное материаловедение и основы текстильного производства» Изд. Легкая индустрия 1967г-364с.

74. Е.Н. Бершев и др. « Технология производства нетканых материалов» москва, 1982г.

75. Дружлинский Н.Н., Науменко А.П. и др. Пожарная статистика некоторых стран мира //Пожарная безопасность, информатика и техника 1996г4 с. 113-120.

76. Вадзинский Р.П. «Метод наименьших квадратов» СПб.: ВМА 1998-43с.

77. Е.Т. Денисов, Н.И. Мицкевич «Механизм жидкофазного окисления кислород содержащих соединений»,Минск, изд-во «Наука и техника», 1975 г. 336 с.

78. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация методика написания, правила оформления и порядок защиты: практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени. Москва: Ось -89, 1997 -208с.

79. Кожевникова Н.Ю. и др «Подготовка, оформление и порядок защиты кандидатских диссертаций».: Учебнометодическое пособие. СПб.: СПб ИПБ МВД РФ, 1998г-64с.

80. В.И. Блинников, JI.B. Александров и др. «Огнезащитные полимерные материалы» Москва, ВНИИПИ 1990г.

81. Барабанова Л.П., Левитес Ф.А. «Огнезащитные вспучивающие составы» Москва, ВНИИПО 1979г.

82. Мангушева Т.Н. Огнезащитные лакокрасочные материалы Москва, НИИТЭхим 1968г86. « Математическая обработка результатов химического анализа» Ленинград «ХИМИЯ» ленинградское отделение 1984г. 168с.

83. А.В. Оболенская, З.П. Ельницкая и др. «Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы». -М.: «Экология», 1991г. -320с.

84. А. В. Оболенская, З.П. Ельницкая, А.А. Леонович «Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы», Москва, Изд-во «Экология», 1991 г., 320 с.

85. Т.Г. Плаченов « Хлорцинковая активация угля». ОНТИ-ХИМТЕОРЕТ-Ленинград -1937г.-95с.

86. Л.В. Гордон, В.В. Фефилов и др. «Технология лесохимических производств» Гослесбумиздат Москва 1953г.

87. Норка З.М., Битюцкий В.К., Новикова Л.В. и др. Самовозгорание мелкодисперсных продуктов и меры борьбы с ними. М.: НИИТЭХим, - 1986.

88. Виноградов М.В., Шульгина Э.С. Термографический анализ полимеров: Метод указания, ЛТИ им. Ленсовета. Л. 1981. - 28 с.

89. Уэндландт У. Термические методы анализа. М.: Мир, 1978.

90. ГОСТ 16187-70 «Метод определения фракционного состава»

91. ГОСТ 16188-70 «Метод определения прочности на истирание»

92. ГОСТ 16190-70 «Метод определения насыпной плотности»

93. ГОСТ 12597 67 «Метод определения метод определения массовой доли воды в активных углях и катализаторах на их основе»

94. ГОСТ 17219 71 «Метод определения суммарного объема пор поводе»

95. ГОСТ 12596 67 «Метод определения массовой доли золы»