صفحه نخست > اسلایدشو / مقالات > رفتارشناسی آتشfire behavior

رفتارشناسی آتشfire behavior


29 بهمن 1396, 13:11. نويسنده: modir
احتراق عبارت است از ترکيب اکسيژن با مواد مختلف .اگر اين ترکيب فوق العاده سريع باشد ،آزاد شدن سريع انرژي را به دنبال دارد که "انفجار" ناميده مي شود.چنانچه احتراق تدريجي و با سرعت کم صورت گيرد،(بدون نور و گرما)با مقدار جزئي گرما همراه خواهد بود که در اين صورت "احتراق کند "ناميده مي شود .مانند زنگ زدگي فلزات و سوخت و ساز مواد غذايي در بدن انسان ،ترکيب سريع يا نسبت سريع اکسيژن با مواد ،احتراق حقيقي نام دارد که در نتيجه ي آن نور و گرما آزاد مي شودوچنانچه به طور اتفاقي ،ناخواسته و يا خارج از کنترل صورت گيرد ،"آتش سوزي"را به دنبال دارد.
سه عامل اصلي ايجاد آتش عبارتند از "سوخت" ،"اکسيژن "و"حرارت"البته براي ارائه جمله دقيقتر بايستي در اين جمله از کلمه هاي "نسبت صحيح" و يا "کافي"نيز استفاده کرد.در نتيجه ،جمله را مي توان به اين ترتيب اصلاح کرد:براي ايجاد آتش ،بايستي نسبت کافي سوخت ،اکسيژن و حرارت دراختيار باشد.در علم آتش نشاني اين سه عامل را به صورت سه ضلع يک مثلث که به "مثلث آتش" معروف است نشان ميدهند.
براي سال هاي متمادي آتش نشانان براي توضيح عمل احتراق و نحوه ي خاموش کردن آتش از مثلث آتش استفاده مي کردند.اين مثلث کليد پيشگيري و مبارزه با آتش سوزي مي باشد.به عنوان مثال براي پيشگيري از حريق بايستي مراقب بود تا اين سه عامل به نسبت کافي و مورد نياز آتش در مجاورت يکديگر قرار نگيرند.براي فرو نشاندن آتش نيز کافي است که يک عامل حذف شود ،به عبارت ديگر يکي از سه ضلع مثلث آتش شکسته شود.در اين صورت مثلث سرنگون و آتش از بين خواهد رفت.اما نظريه "مثلث آتش"نقايصي نيز دارد،به عنوان مثال نحوه ي کارکرد بعضي از مواد آتش نشاني ،مثل "مواد شيميايي خشک"و "مايعات تجهيز شونده يا هالون ها"را به خوبي توضيح نمي دهد.با توجه به اين نقايص ،دانشمندان علم محافظت در برابر آتش سوزي پس از سال ها پژوهش ،نظريه هاي تکميلي را ارائه کردند. يکي از دانشمندان به نام "هسلر"نظريه ي جديدي به نام "هرم آتش "را ارائه کرد.در اين نظريه مثلث آتش به يک چهار وجهي به شکل هرم تغيير يافته است.سه وجه ايستاده هرم را حرارت ،سوخت و اکسيژن تشکيلمي دهندو قاعده هرم را "واکنش هاي زنجيره اي شيميايي "مي سازد

روش هاي آتش نشاني
حذف هريک از چهار وجه هرم آتش ،ساختار آن را منهدم کرده ،در نتيجه آتش خاموش مي شود.بر اين اساس چهار روش اصلي آتش نشاني ابداع شده است ،که عبارتند از:
1- سرد کردن
2- خفه کردن
3- قطع سوخت
4-شکستن واکنش هاي شيميايي
قبل از شرح انواع روش هاي آتش نشاني ،ابتدا لازم است راجع به اجزاي تشکيل دهنده ي هرم آتش توضيحات بيشتري ارائه شود:

سوخت
عامل سوخت در هر دو نظريه مثلث آتش و هرم آتش وجود دارد.سوخت ها به سه صورت جامد ،مايع و گاز دسته بندي مي شوند.قابليت اشتعال اجسام به عناصر تشکيل دهنده ي آن و حالت فيزيکي آنها بستگي دارد. نسبت سطح به جرم عامل تعيين کننده اي در سرعت اشتعال محسوب مي شود.
هنگامي که اجسا م قابل اشتعال تحت حررارت قرار مي گيرند ، ابتدا از حالت جامد به مايع و در ادامه از مايع به گاز يا بخار تبديل مي شوند، بنا براين ، مواد به شکل گاز بسيار سريع مشتعل مي شوند ، بعد از آنها مايعات قابل اشتعال است که نسبت به مواد جامد قابل اشتعال سريع تر آتش مي گيرند. بيشتر سوخت ها درصد بزرگي از کربن و هيدروژن دارند . در زير رايج ترين سوخت هاي آتش ملاحظه مي شود :

* کربن
* منو اکسيد کربن
* ترکيبات غني از کربن و هيدروژن مانند بنزين و پروپان
* موادي مانند چوپ و منسوجات
* فلزلتي مانند منگنز، آلومنيوم و سديم
همچنان که ملاحظه مي شود ، در اقلام بالا ، هر سه نوع سوخت به شکل جامد ،مايع و گاز وجود دارد.

جامدات قابل اشتعال

مواد جامد ، شکل معين دارند. بيشتر سوختها يي که در آتش سوزي ها با آنها روبرو مي شويم بصورت جامد هستند . در آتش سوزي بنا ها ، بيشتر مواد ساختماني تشکيل دهنده بنا و محتويات آن جامد مي باشند . بعضي از خصوصيات مواد جامد که از نظر علم محافظت در برابر آتش سوزي مهم هستند عبارتند از:

* مواد جامد در شرايط عادي توانايي مقاومت در برابر نيرو ها و حفظ اندازه و شکل معين خود را دارند.
* بيشتر مواد جامد هنگامي که گرم مي شوند کمي منبسط شده و هنگامي که سرد مي شوند کمي منقبض مي گردند.
هنگامي که سوخت جامد مشتعل مي شوند واکنش حقيقي اشتعال در خود ماده جامد اتفاق نمي افتد ، بلکه همچنان که حرارت سوخت جامد افزايش ميا بد ، طي فرايندي "آتشکافت"يا"گرما کافت" تجزيه شده و ملکول هاي مخصوص خود را در اتمسفر آزاد مي کند . احتراق هنگامي اتفاق مي افتد که ملکولهاي مخصوص مواد جامد در سطح يا کمي بالاتر از سطح ماده ، جامد ،ترکيب مي شوند .
هنگام بررسي سوخت هاي جامد ، نسبت سطح جرم ،عامل مهمي محسوب مي شوند . چوب و هيزم از سوخت هاي بسيار رايج مي باشند ، يک تکه بزرگ هيزم ، به عنوان مثل يه کنده بزرگ درخت مشتعل مي شود ، اما نه به آساني. زيرا سطح کنده که با هوه در تماس است ، نسبت به جرم سنگين آن بسيار کم است، بنابراين ،مقدار زيادي انرژِي لازم است تا قبل از روشن شدن آتش،مقدار کافي ملکول قابل اشتعال از کنده آزاد شود . اما اکر همين کنده به صورت الوار هاي نازک و بلند بريده شود ،هر تکه الوار آن با مصرف انرژي بسيار کمي نشتعل مي شود . از اين آسا نتر ، زماني است که کنده به پوشال تبديل شود . در اين حالت حجم به نسبت زياد پوشالهاي حاصله ، به سادگي و حتي با انرژي حاصل از روشن کردن يک چوب کبريت، مشتعل مي شود . زيرا نسبت سطح هر يک از رشته هاي پوشال بسيار بيشتر از جرم آن مي باشد.

مايعات قابل اشتعال

مايع قابل اشتعال شکل به خصوصي ندارد و شکل ظرفي که در آنجا گرفته را به خود مي گيرد . بيشتر مايعات زماني که سرد مي شوند ، منقبض شده و هنگامي که گرم مي شوند ، منبسط مي گردند . بيشتر مايعات هنگامي که به قدر کافي گرم شوند ، به گاز تبديل مي شوند. سوخت هاي مايع ، نسبت به سوخت هاي جامد ، يک مرحله زودتر به حد "مطلوب احتراق" وارد مي شوند . هنگاني که سوخت مايع افزايش حرارت پيدا مي کند ، تبخير صورت مي گيرد ، و در حالي که گرماي سوخت زياد تر مي شود ، ملکول هاي سوخت از سطح آن آزاد مي شود . سپس ، سوخت هاي تبخير شده با اکسيژن ترکيب شده و احتراق

صورت مي گيرد . آتش سوزي ناشي از سوخت هاي مايع در سطح مايع مزبور صورت مي گيرد . همان طور که نسبت سطح به جرم در سوخت هاي جامد اهميت دارد ، در سوخت هاي مايع "نسبت سطح به حجم" مهم است . هنگامي که محدوده سطح مايع افزايش پيدا مي کند ، به عنوان مثال ، هنگامي که ظرف محتوي مايع قابل اشتعال واژگون شود و يا مايع مزبور از آن به بيرون تراوش کند ،ملکول هاي بيشتري از آن تبخير شده ، در نتيجه احتراق آسانتر صورت گرفته و سوخت با سرعت و شدت بيشتري مي سوزد.

مايعات قابل اشتعال را به صورت زير دسته بندي کرده اند:
1-به شدت قابل اشتعال :شامل مايعات که نقطه اشتعال پايين تر از صفر درجه سانتي گراد دارند.
2- بسيار قابل اشتعال :شامل مايعاتي که نقطه اشتعال پايين تر از 21 درجه سانتي گراد دارند.اما"به شدت قابل اشتعال "نيستند.
3- قابل اشتعال :شامل مايعاتي که نقطه اشتعال پايين تر از 55 درجه سانتي گراد دارند،اما "بسيار قابل اشتعال"نيستند.

گازهاي قابل اشتعال

گاز شکل و حجم به خصوصي ندارد ،به همين دليل تمايل دارد تا به صورت نامحدودي در محيط انتشار پيدا کند.از آنجايي که ملکول هاي اين سوخت در حالت عادي به شکل گاز مي باشند،و قادرند به آساني با مولکول هاي اکسيژن در تماس بوده و با اين گاز به سادگي ترکيب شوند،بنابراين براي احتراق به انرژي اندکي نياز مندند.عامل مهم سوخت هاي گازي شکل نسبت مخلوط هوا و سوخت مي باشد.مخلوط گاز و هوا بايستي در يک محدوده معين باشد تا احتراق صورت گيرد.اگر اين مخلوط خيلي ضعيف باشد(مقدار زيادي هوا و مقدار ناکافي سوخت )مشتعل نخواهد شد و اگر اين مخلوط خيلي قوي باشد(مقدار زيادي سوخت با مقدار ناکافي هوا)نيز مشتعل نخواهد شد.
گازهاي قابل اشتعال را از نظر وزن مخصوص به دو گروه زير تقسيم کرده اند:
1- گازهاي سبکتر از هوا،مثل متان و هيدروژن
2- گازهاي سنگين تر از هوا ،مثل پروپان و بوتان

اکسيژن و عوامل اکسيد کننده

اکسيژن گازي است که بدون آن زندگي وجود نخواهد داشت.حدود 21 درصد هواي اطراف ما را اکسيژن تشکيل مي دهد ،همراه اين گاز در هوا در حدود 78 درصد گاز ازت (نيتروژن)و در حدود يک درصد باقي مانده را ساير گازها مثل دي اکسيد کربن و غيره تشکيل مي دهد.اکسيژن خالص بي رنگ ،بي بو و بي طعم است.با آنکه خود قابل احتراق نيست ولي باعث سوختن اجسام مي شود.در صورتي که به شکل خالص و تحت فشار باشد،مانند سيلندرهاي اکسيژن ،خطر احتراق شديد و حتي خواه انفجار ناشي از آن به مراتب بيشتر خواهد بود .
البته براي اولين بار به وسيله ي "هسلر"در نظريه ي هرم آتش ،بعد مثلث آتش که اکسيژن نام داشت با عامل جديدي به نام "عامل اکسيدکننده "تعويض شد.در بسياري از موارد عامل اکسيد کننده همان اکسيژن موجود در هواي اطراف است ولي اين عبارت جديد توضيح خوبي براي پاره اي از موارداست که مواد در هنگام احتراق اکسيژن درون خود را آزاد کرده و مي سوزانند.مانند احتراق نيترات سديم يا کلرات پتاسيم که مي توانند در اتمسفر خالي از اکسيژن نيز بسوزند.
همچنان که در بخش انواع سوخت توضيح داده شد،براي ايجاد احتراق بايستي ابتدا مواد قابل اشتعال اعم از جامد يا مايع ،آنقدر تحت حرارت قرار گيرد تا مولکول هاي سوخت به صورت گاز يا بخار از سطح آنها جداشده وبه يک نسبت معين با اکسيژن ترکيب شوند.اين نسبت معين از مخلوط گاز يا بخار سوخت و هوا را "مخلوط قابل اشتعال "مي نامند.به بيان ساده تر نسبت بين هواي موجود و گاز توليدي که بتواندمشتعل شود را مخلوط قابل اشتعال مي نامند .براي نمونه در بخارات نفت مخلوط قابل اشتعال ترکيبي از بيش از 90 درصد هوا و بسته به نوع بخار نفتي مورد استفاده ،1 تا 10 درصد بخارات نفتي است.

حرارت
براي آنکه آتش شعله ور شود،به انرژي حرارتي نياز است . احتراق به سطحي از انرژي نياز دارد که باعث فعاليت درون ملکولي ساختمان شيميايي ماده مي شود . دما عبارت از ميزان فعاليت ملکولي درون ماده است . همان طور که قبلاً اشاره شده ، سوخت هاي به شکل گاز براي احتراق به دماي کمتري نياز دارند ، زيرا در حالت طبيعي (دماي طبيعي) به صورت گاز مي باشند ، اما سوخت هاي به شکل جامد و يا مايع قبل از احتراق بايستي با دريافت حرارت کافي از سطح خود ملکول هاي به شکل گاز (يا بخار) آزاد کنند. به هر ترتيب سوختي که دماي آن بسيار بالا رفته است در صورت حضور عامل اکسيد کننده، بلا فاصله محترق و شعله ور مي شود . اين گاز مشتعل همان "شعله" مي باشد . با شروع احتراق اترژي حرارتي اضافي که توليد شده است ، باعث افزايش يافتن دما شده و کل فرايند اشتعال را سرعت مي بخشد و تا زماني که انرژي کافي و يا همان حرارت وجود دارد ،ادامه پيدا مي کند.
حرارت يکي از انواع انرژي مي باشد . منابع مختلفي براي تامين انرژي مورد نياز احتراق وجود دارد . اين منابع انواع ديکري از انرژي را شامل مي شوند، به عنوان مثال انرژي مکانيکي ، انرژي الکتريکي و انرژي شيميايي که به آساني به حرارت تبديل مي شوند .
"انرژي مکانيکي" زماني به انرژي حرارتي تبديل مي شود که دو ماده با يکديگر سايش پيدا کرده و باعث ايجاد اصطکاک مي شود."انرژي شيميمايي" بر اثر واکنش شيميايي توليد مي شود . بعضي واکنش هاي شيميايي گرما توليد مي کنند که به آنها گرماده مي گويند و بعضي ديگر گرما را جزب مي کنند که گرماگير ناميده مي شود .
"انرژي الکتريکي " به روش هاي گوناگون به حرارت تبديل شده و هنگامي که از داخل سيم يا ساير مواد رسانا عبور مي کند ، باعث توليد حرارت مي شود . عبور جريان بيشتر الکتريسته و مقاومت بيشتر مواد باعث توليد حرارت بيشتري مي شود.
در ارتباط با حرارت توضيح چند اصطلاح ضروري است ، از جمله :
نقطه شعله زني (يا نقطه اشتعال) ، کمترين يا پايين ترين درجه حرارتي است که باعث مي شود سوخت به ميزاني گاز توليد کند که با به کار بردن يک آتش زنه ، اعم از جرقه يا شعله ، يک اشتعال آني و موقتي ،فاقد انرژي لازم براي ادامه اشتعال ، ايجاد شود.
نقطه آتش کمترين يا پايين ترين درجه حرارتي که سوخت آن قدر گاز توليد کند تا با به کار بردن يک آتش زنه ، شعله ور شده و به سوختن ادامه دهد .درجه آتشگيري کمترين يا پايين ترين
درجه حرارتی که گاز یا بخارات تولید شده از جسم، خود به خود و بدون بکار بردن هر نوع منبع آتش زنه مشتعل شود ، درجه آتشگیری نامیده می شود . نمونه هایی از درجه آتشگیری مواد مختلف در زیر ارائه شده است : " روغن ها" 400 تا 250 درجه سانتیگراد ،،"زغال"400تا 250 سانتیگراد ،، "چوب و کاغذ " 270 تا 230 ،، درجه سانتیگراد و "پشم" 200 درجه سانتیگراد .

واکنش های زنجیره ای شیمیایی

مثلث آتش راجع به چگونگی اثر آتش نشانی عواملی مثل مواد شیمیایی خشک هالون توضیح ناکافی و بسیار ابتدایی بیان می کرد . اما بعد ها محققین دریافتند که این عوامل فاقد مولفه ها یا خصوصیاتی هستند که هنگام مبارزه با آتش دما را به نحو موثری کاهش دهند،سطح اکسیژن را به نحو مطلوب تقلیل داده ،یا از بین ببرند یا سوخت را متوقف کنند.با این وجود عوامل یاد شده (مواد شیمیایی خشک و یا هالون ها)هنگام مبارزه با آتش به خوبی از عهده ی اطفای حریق بر ممی آیند،بنابراین بایستی وجوه دیگری نیز در احتراق دخیل باشندکه عوامل یاد شده هنگام مبارزه با آتش در واقع با این وجوه مبارزه کرده با شکست آنها باعث خاموش شدن می شوند.
در نتیجه ی مطالعات بعدی محققین در کنار سوخت ،اکسیژن و حرارت ،فرضیه واکنش های زنجیره ای شیمیایی را مطرح کردند.البته دانمندان و محققین تنها قسمتی از آنچه در واکنش های زنجیره ای رخ میدهدرا دریافته اند،اما مطمئن هستند که فرایند حقیقی شیمیایی احتراق شامل واکنش های زنجیره ای بسیار پیچیده ای در سطح ملکول است.به طور طبیعی هنگام احتراق مواد این واکنش های زنجیره ای تا زمانی که مقدار کافی از سوخت ،اکسیژن وحرارت وجود داشته باشد،ادامه خواهد داشت.به بیان روشن تر هنگام احتراق ،گرما بخاراتی از سوخت را تولید می کند که حاوی ذراتی هستند که می توانند با اکسیژن ترکیب شده و مشتعل شوند.عوامل آتش نشانی مثل مواد شیمیایی خشک ویا هالون ها تحت شرایط ویژه ای مانع ترکیب این ذرات با اکسیژن شده ،در نتیجه باعث خاموش شدن آتش می شوند.در نتیجه چهار روش اصلی آتش نشانی ابداع شده است که عبارتند از:

1- سرد کردن
2- خفه کردن
3- قطع سوخت
4-شکستن واکنش های زنجیره ای شیمیایی
گردآورنده :سلمان محسنی کفشگری
بازگشت