ΠΡΟΦΙΛ ΕΤΑΙΡΕΙΑΣ  | ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ |  ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ - ISO |  ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ  |  LINKS |  ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ

 
 
Βιβλιοθήκη
ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ
ΠΥΡΑΣΦΑΛΕΙΑΣ
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ
ΔΟΧΕΙΩΝ
ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΠΥΡΟΣΒΕΣΤΗΡΑ
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΠΗΓΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ
ΔΟΚΙΜΕΣ ΚΑΤΑΣΒΕΣΤΙΚΗΣ
ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ
ΠΥΡΟΣΒΕΣΤΗΡΩΝ
ΠΥΡΟΣΒΕΣΤΗΡΑΣ ΚΑΙ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ
ΠΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΙ ΠΥΡΑΣΦΑΛΕΙΑ ΚΤΙΡΙΩΝ
ΑΥΤΟΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑΣΒΕΣΗΣ
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΥΡΑΝΙΧΝΕΥΣΗΣ

 

Ανάφλεξη

Εισαγωγή

Αναλύουμε το νόημα της ανάπτυξης της φωτιάς, που απαρτίζεται από την έναυση, διάδοση της φλόγας και το βαθμό καύσεως. Αυτές είναι χαρακτηριστικές διαδικασίες καύσης που μπορεί να έχουν ορισμένα κοινά γνωρίσματα, αλλά πρέπει να συνυπάρξουν για τη δημιουργία της ανάπτυξης της φωτιάς. Θα διευκρινίσουμε τα κοινά τους χαρακτηριστικά και τις διαφορές των. Αυτό το κεφάλαιο αναλύει την ανάφλεξη, την αρχή ανάπτυξης της φωτιάς.

Καθοδηγούμενη Ανάφλεξη και Αυτανάφλεξη

Η ανάφλεξη αναπτύχθηκε σε άλλο κεφάλαιο  για τις αέριες καύσιμες ύλες. Έχει δύο μορφές: την καθοδηγούμενη ανάφλεξη και την αυτανάφλεξη. Η πρώτη μορφή είναι η διαδικασία της έναρξης και συνέχισης της φλόγας σε προαναμεμιγμένα συστήματα καυσίμων υλών. Η ελάχιστη συνθήκη για την καθοδηγούμενη ανάφλεξη συμβαίνει στο κατώτερο όριο ευφλεκτικότητος - η συγκέντρωση της καύσιμης ύλης που επιτρέπει συνέχιση με μια μικρή σπίθα (οδηγό). Είδαμε αυτή τη διαδικασία να λαμβάνει χώρα στο κεφάλαιο 2, όταν η φλόγα του κεριού σβήστηκε και το ίχνος του άσπρου καπνού μετά ξανά - "ανάφτηκε". (Τί συμβαίνει όταν ανάβουμε το κερί διοχετεύοντας μια φλόγα στο φυτίλι;)
Η δεύτερη μορφή ανάφλεξης είναι η αυτανάφλεξη, η οποία συμβαίνει χωρίς σπινθήρα ή πηγή φλόγας. Η καύσιμη ύλη πρέπει ακόμη να είναι εντός μιας συγκεκριμένης κλίμακας (περιοχής) συγκέντρωσης και οι διαδικασίες χημικής κινητικής πρέπει να υπερβαίνουν την δυνατότητα του μίγματος να απολέσει θερμότητα. Αμφότερα τα είδη ανάφλεξης συμβαίνουν με ίδιο τρόπο για τα αεριοποιούμενα ή αποσυντιθέμενα αέρια καύσιμα των υγρών και στερεών καύσιμων υλών, αντίστοιχα όπως δεικνύεται στο σχήμα 4-1.
Το υγρό στο σχήμα 4-1 εξατμίζεται με ικανοποιητικό ρυθμό για να σχηματίσει μια συμπύκνωση πλησίον του κατώτερου ορίου ευφλεκτικότητος της οδηγού πηγής. Ο ρυθμός εξάτμισης ελέγχεται από την υγρή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, το νερό θα εξατμισθεί σχετικά αργά υπό συνήθεις θερμοκρασία δωματίου. Σ' αυτή την υγρή θερμοκρασία ή επίπεδο ενέργειας, μόνο λίγα σχετικά μόρια νερού μπορεί να διασπασθούν στην επιφάνεια και να εισέλθουν στον παρακείμενο αέρα.
Η συμπύκνωση των μορίων του νερού στον αέρα ελέγχεται από την θερμοκρασία και εκφράζεται με μια μέτρηση, καλούμενη υγρασία. Στην επιφάνεια του εξατμιζόμενου υγρού, η συμπύκνωση των ατμών είναι σε ισορροπία, και στο μέγιστο για τη συγκεκριμένη θερμοκρασία. Στο σημείο εκείνο η υγρασία είναι 100%, δεικνύοντας ότι δεν μπορεί να απορροφηθεί άλλος εξατμιζόμενος ατμός από τον αέρα. Καθώς η υγρή θερμοκρασία αυξάνεται, περισσότερα μόρια διαφεύγουν (εξατμίζονται) μέχρι να φθάσουν στους 100 °C (212 °F), όταν η υγρασία και η συμπύκνωση των ατμών, ακριβώς πάνω από την επιφάνεια, είναι αμφότερες 100%. Σ' αυτό το σημείο, δεν μπορεί να συμβεί περισσότερη αύξηση της επιφανειακής θερμοκρασίας ή συμπύκνωσης. Αυτή η κατάσταση επιτρέπει τη καύση των υγρών καυσίμων υλών. Όμως για την έναυση των, η επιφανειακή συμπύκνωση, απαιτείται όπως φθάσει στο κατώτερο όριο ευφλεκτικότητος. Σ' αυτή τη συμπύκνωση η αντίστοιχη επιφανειακή θερμοκρασία καλείται σημείο ανάφλεξης (TFP), διότι ο οδηγός (θερμό σημείο, σπινθήρας ή μικρή φλόγα) ξεκινάει μια διάδοση φλόγας στην ατμόσφαιρα, πάνω από την επιφάνεια του υγρού. Αντίθετα, στην υψηλότερη συμπύκνωση των ατμών 100%, η επιφάνεια βρίσκεται στο σημείο βρασμού. Ο διαχωρισμός δείχνεται στον Πίνακα 4-1. Επειδή η κανονική ατμοσφαιρική θερμοκρασία είναι περίπου 295 °Κ (22 °C), κάθε τι πάνω από την αιθανόλη στον πίνακα 4-1, μπορεί εύκολα να "ανάψει" (αναφλέγει") υπό κανονικές συνθήκες. Η κηροζίνη και τα καύσιμα υγρά με υψηλότερο σημείο ανάφλεξης χρειάζονται πρόσθετη θέρμανση.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Η διαδικασία της αυτανάφλεξης είναι ένας διαφορετικός μηχανισμός. Για παράδειγμα, στο σχήμα 4-1, η επιφανειακή θερμοκρασία ενός στερεού όπως το ξύλο πρέπει να φθάσει στην ελάχιστη θερμοκρασία για αυτανάφλεξη της γειτνιάζουσας συμπύκνωσης του αέριου καυσίμου. Υπόψη, ότι οι θερμοκρασίες αυτανάφλεξης των υγρών καυσίμων είναι πολύ υψηλότερες από τα σημεία αναφλέξεων και βρασμού των. Πράγματι, όλο το. υγρό θα εξατμίζεται σ' αυτές τις θερμοκρασίες. Για το λόγο αυτό, θα αναμέναμε παρόμοια αποτελέσματα για τα στερεά. Δηλαδή, οι θερμοκρασίες αυτανάφλεξης είναι υψηλότερες από τις θερμοκρασίες καθοδηγούμενης ανάφλεξης, ενώ αμφότερες οι θερμοκρασίες ανάφλεξης αντιστοιχούν στις θερμοκρασίες των ακάλυπτων επιφανειών του υγρού και στερεού.

Υπό πραγματικές συνθήκες πυρκαγιάς αμφότερες οι θερμοκρασίες, αυτανάφλεξης και καθοδηγούμενης ανάφλεξης, ισχύουν. Όμως, η περίπτωση της καθοδηγούμενης ανάφλεξης είναι πιθανόν η επικρατέστερη. Ακόμη και η θέρμανση των απομακρυσμένων αντικειμένων από τη φωτιά θα μπορούσε να προκαλέσει εμπόδιση των φλογών. Αυτό είναι ένα σύνηθες σενάριο των εμπρηστών να δημιουργούν καθυστερημένη ανάφλεξη χρησιμοποιώντας βενζίνη ή την πρόκληση τυχαίων πυρκαγιών λόγω "χυσίματος" υγρών καυσίμων πλησίον ενός θερμαντήρα νερού που "παίζει" το ρόλο οδηγού (φλόγιστρου) όπως φαίνεται στο σχήμα 4-2.


 




 

 

 

 

 

Τα στερεά που θερμαίνονται με φωτιά εξ αποστάσεως, μπορεί να καρβουνιάσουν προκαλώντας μια πυρακτωμένη θράκα (χόβολη) στην επιφάνεια. Αυτή μπορεί να γίνει το φλόγιστρο (οδηγός). Πέραν τούτου, οι "χόβολες" που δημιουργούνται απ' αέρος από την κυρία φωτιά μπορούν να γίνουν φλόγιστρα (οδηγοί). Συνεπώς, η συνθήκη καθοδηγούμενης ανάφλεξης προφανώς επικρατεί ως επί το πλείστον.
Τα σημεία ανάφλεξης για τα υγρά μπορεί να μετρηθούν με αρκετή ακρίβεια και μπορούν να υπολογισθούν θεωρητικά. Αλλά η θερμοκρασία καθοδηγούμενης ανάφλεξης των στερεών δεν μπορεί να υπολογισθεί με ακρίβεια.
Εξαρτάται από την συμπύκνωση της αποσυντεθημένης ύλης και από τον τρόπο που το στερεό θερμαίνεται. Για παράδειγμα, υπό θέρμανση δια μεταφοράς (ζεστός αέρας), το ξύλο μπορεί να αναφλεγεί μέχρι και στους 200 °C, ενώ υπό θέρμανση δια ακτινοβολίας οι θερμοκρασίες ανάφλεξης κυμαίνονται από 300 "C έως 400 °C. Ο σχηματισμός πορώδους χόβολης συντελεί στην ύπαρξη αυτών των διαφορών. Ως αποτέλεσμα, οι θερμοκρασίες ανάφλεξης των στερεών δεν πρόκειται να δοθούν στο κείμενο αυτό για κάθε ξεχωριστή συνθήκη φωτιάς. Για τον λόγο αυτό, κατά προσέγγιση θερμοκρασίες πρέπει να χρησιμοποιηθούν για τους υπολογισμούς που βασίζονται σε διαθέσιμα στοιχεία. Συχνά, αυτά τα στοιχεία εξαρτώνται επί των πειραματικών συνθηκών ή την ανάλυση που χρησιμοποιήθηκε για να φθάσουμε σ' αυτά. Επιπλέον, είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί κατ' ευθείαν η επιφανειακή θερμοκρασία μέχρι του σημείου ανάφλεξης. Θα εξετάσουμε τώρα ορισμένα προβλέψιμα μοντέλα
(δοκίμια) για την ανάφλεξη ξύλινων καυσίμων υλών βασισμένα στη χρήση ουσιαστικών ή κατά προσέγγιση θερμοκρασιών ανάφλεξης και άλλων ιδιοτήτων.

Χρόνος Ανάφλεξης για Στέρεες Καύσιμες Ύλες

Μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι θερμοκρασίες της καθοδηγούμενης ανάφλεξης θα κυμαίνονται από περίπου 250 °C έως 450 °C, ενώ οι θερμοκρασίες αυτανάφλεξης θα υπερβαίνουν τους 500 °C. Οι εφαρμογές της καύσης περιλαμβάνουν μια μεγάλη "γκάμα" υλικών και εμπορικών προϊόντων δεν είναι όμως δυνατόν να έχουμε τα ακριβή στοιχεία για το καθένα.

Όμως, τα στοιχεία δοκιμών μπορεί να φανούν χρήσιμα εάν μας επιτρέψουν την ανεύρεση των πραγματικών ιδιοτήτων αντικειμένων που αρχίζουν από κουρτίνες έως καλύματα πάγων. Αυτές οι πραγματικές ιδιότητες των υλικών μας βοηθούν να υπολογίσουμε τους χρόνους ανάφλεξης κάτω από διάφορες συνθήκες πυρκαγιάς.

Όπως είδαμε, η παράμετρος κλειδί στον προσδιορισμό της ανάφλεξης των στερεών (και των υγρών) είναι η επιφανειακή θερμοκρασία. Εάν και πότε η εν λόγω επιφάνεια θα φθάσει στην θερμοκρασία ανάφλεξης είναι το κλειδί για το χρόνο ανάφλεξης. Τούτο δεν θα εξαρτάται μόνο από τον τρόπο που εφαρμόζεται η θέρμανση και των ιδιοτήτων των υλικών, αλλά από το εάν το υλικό είναι "λεπτό" ή "παχύ". Το "λεπτό" δεν αποτελεί μια φυσική διάσταση, αλλά ισχύει εάν η θερμοκρασία είναι ενιαία καθ' όλο το πάχος του υλικού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας της θέρμανσης του. Εκτός από πολύ αργές συνθήκες θέρμανσης (π.χ. μακρόχρονη θέρμανση του ξύλου με σωληνώσεις ατμού) το "λεπτό" είναι μια φυσική διάσταση από 1 έως 2 χιλιοστά ή λιγότερο από 1/16 της ίντσας. Έτσι μονά φύλλα χαρτιού, κουρτίνες ή ρούχα μπορεί να αποτελούν αντιπροσωπευτικά δείγματα λεπτών αντικειμένων σε ένα περιβάλλον πυρκάίάς. Κάθε τι μεγαλύτερο απ' αυτή την διάσταση ή ακόμη και μια ταπετσαρία θεωρείται παχύ συγκρότημα. Το χαρτί και ο σοβάς πρέπει να θεωρούνται σύνθετα (μικτά) συγκροτήματα.

Ανάφλεξη λεπτών αντικειμένων

Δύο περιπτώσεις θέρμανσης λεπτών αντικειμένων δείχνονται στο σχήμα 4-3. Ενα αντικείμενο πάχους (Ι) θερμαινόμενο από τη μια πλευρά και απόλυτα μονωμένο από την άλλη (α), ή το ίδιο αντικείμενο πάχους (2ΐ) συμμετρικά θερμαινόμενο και ψυχόμενο (β). Η συνεπαγόμενη θερμική ροή δίδεται από το q"i και μπορεί να θεωρηθεί ακτινο-βόλος ή από μια φλόγα. Υπάρχει μια απώλεια της θερμικής ροής q"i_, η οποία μπορεί να είναι ακτινοβόλος και μεταφορική. Εάν πρόκειται να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός αντικειμένου, τότε q"l πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το q"i_ και αυτή η διαφορά πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη ώστε να επιτευχθεί η θερμοκρασία έναυσης (ανάφλεξης). Ας απεικονίσουμε αυτή τη διαφορά ως q", μια ωφέλιμη θερμική ροή.

Αυτή η ωφέλιμη θερμική ροή μετατρέπεται σε εσωτερική ενέργεια του στερεού υλικού αυξάνοντας την θερμοκρασία του. Το πόσο γρήγορα αυτό θα συμβεί εξαρτάται από την ικανότητα του στερεού να αποθηκεύσει ενέργεια. Αυτή η ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας μετράται από το p.c.l, ήτοι το γινόμενο της πυκνότητας (ρ), της ειδικής θερμότητας) (c) και του πάχους (Ι).

Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία του λεπτού στερεού θα αυξηθεί με το χρόνο (t), σε

 T = T∞ +q"t/pcl                              (4-1)

όπου Τ είναι η αρχική θερμοκρασία. Αυτός ο τύπος εφαρμόζεται απόλυτα σε περιπτώσεις μικρών χρονικών διαστημάτων και υψηλών ρυθμών θέρμανσης. Η απόκριση της θερμότητας σε σχέση με τον χρόνο δείχνεται πληρέστερα στο σχήμα 4-4, καθώς επίσης και η θερμοκρασία έναυσης (Tig). Όταν επιτευχθεί η θερμοκρασία Tig, έχουμε ανάφλεξη (καθοδηγούμενη ή αυτόματη, ανάλογα με την επιλογή μας στη τιμή της Tjg). Ο προσδιορισμός του χρόνου για έναυση δείχνεται στο σχήμα. Όμως υπό συνθήκες χαμηλής θέρμανσης, η Tig πιθανόν να μην επιτευχθεί ποτέ. Υπόψη, ότι υπάρχει μια κρίσιμη θερμική ροή που προκαλεί την επίτευξη της τιμής της Tjg. Για τις περιπτώσεις των υψηλών ρυθμών θέρμανσης, πάνω από την κρίσιμη θερμική ροή, ο χρόνος ανάφλεξης μπορεί να υπολογισθείχρησιμοποιώντας την εξίσωση (4-1) για να βρεθεί:

 tig = PCI · (Tig - T∞)/ q"         (4-2)

(για q"i > q" κρίσιμο και q" = q"i - q" κρίσιμο).

 

 

Ας θεωρήσουμε ένα χαρακτηριστικό υλικό που θα μπορούμε να αντιπροσωπεύσει μια κουρτίνα ή ένα λεπτό ύφασμα επί μιας μονωτικής επιφάνειας, παρόμοια με μαξιλάρι ή ταπετσαρισμένο προϊόν. Οι τυπικές ιδιότητες για ένα βαμβακερό υλικό είναι ρ = 0,57 g/cm , c = 0,34 cal/g, -Κ και Ι - 1mm. Για Tjg = 300 °C, οι χρόνοι ανάφλεξης κυμαίνονται από 5 έως 25 s για μια γκάμα ακτινικών θερμικών ροών μεταξύ 40 και 10 KW/m2, αντίστοιχα. Για Tig = 400 "C, αυτοί οι χρόνοι αυξάνουν μόνο κατά 25%. Για το λόγο αυτό, αυτά τα αντικείμενα μπορεί να αναφλέγουν πολύ γρήγορα. Συνθήκες απότομης έναυσης ατμών, πολλές φορές προσδιορίζονται από μια θερμική ροή προς το πάτωμα της τάξεως των 20 KW/m (ενδεικτική της θερμοκρασίας στρώματος καπνού του δωματίου, 500 "C - 600 °C). Έτσι βλέπουμε ότι τα περισσότερα λεπτά υλικά θα αναφλέγουν άμεσα υπ' αυτές τις συνθήκες, σύμφωνα με την γενική ιδέα της απότομης έναυσης των ατμών, προκαλώντας το γέμισμα του δωματίου με φωτιά.

 

 

 

 

 

Ανάφλεξη παχέων υλικών

Μια εξίσωση παρόμοια με την εξίσωση 4-2, ισχύει για τα παχιά υλικά (συνήθως Ι>2 mm).

Ορισμένοι χαρακτηριστικοί χρόνοι ανάφλεξης για παχιά στερεά παρατίθενται στον Πίνακα 4-2. Βλέπουμε ότι στα 20 KW/m2, μια κατάσταση που συνήθως υποδηλώνει απότομη ανάφλεξη ατμών μπορεί να χρειασθεί ένα ή περισσότερα λεπτά έως ότου εξελιχθεί πλήρως, για κοινά υλικά. Όταν όμως επιτευχθούν συνθήκες δωματίου υψηλότερων θερμοκρασιών, ικανές να αναφλέξουν άλλα υλικά, ο χρόνος μετάπτωσης για πλήρη εμπλοκή του δωματίου σε κατάσταση πυρκαϊάς θα είναι μικρότερος. Κατά τη διάρκεια της μετάπτωσης σε απότομη ανάφλεξη ατμών, οι θερμικές ροές αυξάνουν, επιτυγχάνοντας τιμή 100 KW/m2, εντός δωματίου πλήρους εμπλοκής (συμμετοχής).

 

 

 

 

 

 

 

Το αποτέλεσμα είναι ότι οι αυξανόμενες θερμικές ροές ελαττώνουν τους χρόνους αναφλέξεων ή των απότομων αναφλέξεων των ατμών. Η εξισώση (4-2)  δεν λαμβάνη υπόψη την μεταβλητή θερμική ροή, όμως παρατηρούμε ότι η αυξημένη θερμική ροή ελαττώνει το χρόνο ανάφλεξης.

Χαρακτηριστικά στοιχεία ανάφλεξης δείχνονται στον πίνακα 4-5 για ακτινοβόλο θέρμανση ενός κομματιού νοβοπάν. Οι χρόνοι ανάφλεξης μπορεί να φανεί ότι συμφωνούν με την εξίσωση (4-3) και ότι σε χαμηλές θερμικές ροές δεν συμβαίνει ανάφλεξη. Η ελάχιστη ή κρίσιμη ακτινοβόλος θερμική ροή που μπορείνα προκαλέσει ανάφλεξη σε μεγάλο χρόνο (μεγαλύτερο από 5 λεπτά) είναι περίπου 18 KW/m. Επίσης, στο σχήμα 4-5 δείχνονται μετρηθείσες θερμοκρασίες ανάφλεξης. Επιπλέον, καταστάσεις από αναλάμπουσες φλόγες επί της επιφανείας κάνουν την "έφοδο" της συνεχούς ανάφλεξης ασταθή. Ετσι, η διασπορά που δείχνεται στις μετρηθείσες θερμοκρασίες ανάφλεξης είναι αναμενόμενη. Αλλά μια θερμοκρασία των 350 C + 50 C είναι εύκολα αποδεκτή. Εάν γίνει το ίδιο πείραμα με θέρμανση φλόγας, όπως φαίνεται στο σχήμα 4-6, οι χρόνοι ανάφλεξης δεν ποικίλουν με την ενέργεια της φλόγας (βλέπε σχήμα 4-7). Η ενέργεια της φλόγας, ως ρυθμός παροχής ενέργειας ανά πλάτος (KW/m) του θερμαινόμενου ξύλου, ελέγχει το ύψος της (φλόγας). Τα αποτελέσματα δείχνουν, ανεξάρτητα από τις μεταβολές της ενέργειας της φλόγας, ότι αυτή η φλόγα προκαλεί ανάφλεξη σε 140 s + 40 s (οι διαφοροποιήσεις οφείλονται πάλι στους πειραματικούς συντελεστές). Οι γενικές ιδέες πίσω από την εξίσωση (4-3) δείχνουν ότι η θερμική ροή της φλόγας, υπ' αυτές τις συνθήκες, είναι περίπου 22 + 3 KW/m. Αυτή η θερμική ροή είναι χαρακτηριστική των φλογών λεπτού μετώπου, μικρότερων του 1 - 2 m ύψους, ανεξάρτητα από την καύσιμη ύλη.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
© 2013 Fire Security |  Privacy Policy  | IΩΝΙΑΣ & ΝΙΚΑΣ ΧΑΜΟΜΗΛΟΣ ΑΧΑΡΝΑΙ Τ.Κ. 13671 2461971-2401083-2464823