Horenie – teória

Horenie a horľavé látky

Horenie je chemicko – fyzikálna reakcia, pri ktorej sa uvoľňuje teplo a vyžaruje svetlo za prítomnosti dymu /splodín horenia. Aby k horeniu mohlo dôjsť, je potrebné mať tento súbor komponentov:

• • horľavá látka
• • zdroj zapálenia
• • okysličovadlo

Horľavá látka s kyslíkom sú reagujúcimi látkami. Aby zmes začala horieť, musí byť nahriata na určitú zápalnú teplotu. Túto úlohu nám zabezpečuje zdroj zapálenia. Podľa schopnosti ku horeniu vo vzduchu /podľa horľavosti/ sa látky delia na:

• • nehorľavé
• • ťažko horľavé
• • horľavé

Nehorľavé látky sú také látky, ktoré sú nespôsobivé ku vzplanutiu a horeniu vo vzduchu.

Ťažko horľavé látky sú také látky, ktoré môžu horieť len pri pôsobení zdroja vznietenia a pritom horenie sa zastavuje pri odbere zdroja vznietenia.

Horľavé látky sú také látky, ktoré sa vznietia od zdroja vznietenia a pokračujú v horení aj po jeho odobratí. Horľavé látky z hľadiska skupenstva delíme na:

• • pevné
• • kvapalné
• • plynné

Ďalej ich triedime do 5 tried:

• Trieda A: tuhé horľavé látky horiace plameňom – drevo, papier, plast
• Trieda B: kvapalné horľavé látky – ropa, olej, benzín
• Trieda C: horľavé plyny – zemný plyn, vodík, acetylén
• Trieda D: horľavé kovy – sodík, draslík, acetylén
• Trieda E: horľavé látky tried A – D v spojení s elektrickým prúdom

Horľavé kvapaliny delíme podľa horľavosti do 4 tried nebezpečnosti, kde hlavným ukazovateľom je bod vzplanutia:

• I. trieda – do 21 °C
• II. trieda – od 21 °C do 55 °C
• III. trieda – od 55 °C do 100 °C
• IV. trieda – od 100 °C do 250 °C

Druhy horenia:

• Horenie dokonalé: prebieha za dostatočného prístupu vzduchu a produkty, ktoré vznikajú pri horení už nehoria, napr. CO₂
• Horenie nedokonalé: prebieha za nedostatočného prístupu vzduchu a produkty horenia ešte môžu ďalej horieť alebo spôsobiť výbuch, napr. CO.

Medze výbušnosti:

• Dolná medza výbušnosti /DMV/ – 20 % – do 20 % sa nič nedeje
• Horná medza výbušnosti /HMV/ – 80 % – nad 80 % sa nič nedeje

Medzi 20 % – 80 % je oblasť výbušnosti. Výbuch nastáva vtedy, ak je koncentrácia zmesi vyššia ako DMV a nižšia ako HMV. Koncentrácia, pri ktorej je najvyšší výbuchový tlak a teplota sa nazýva stachiometrická.

Bod vzplanutia je stav, pri ktorom sa uvoľní množstvo pár a pri priblížení skúšobného plameňa sa zapáli a zhasne.

Bod horenia je stav, pri ktorom sa uvoľní množstvo pár a pri priblížení skúšobného plameňa sa zapáli a horí.

Bod vznietenia je stav, pri ktorom sa pary zapália aj bez otvoreného ohňa.

Samovznietenie teplota, pri ktorej bez prívodu vonkajšieho tepla prichádza k samovznieteniu. Samovznietenie delíme na: fyzikálne, chemické a biologické.

Prerušenie horenia a hasiace látky

Spôsoby prerušenia procesu horenia – je to fyzikálny alebo chemický proces postupného a cieľavedomého pôsobenia, v dôsledku ktorých zaniká horenie.

Fyzikálne spôsoby: patrí sem ochladzovanie reagujúcich látok, riedenie horľavých látok nehorľavými, izolácia reagujúcich látok od pásma reakcie horenia.

Chemické spôsoby: zníženie počtu aktívnych centier v pásme horenia /spôsob chemického spomaľovania reakcie horenia/.

• • ochladzovanie pásma horenia alebo reagujúcich látok – ochladzovací efekt. Tento spôsob sa používa len pri horení pevných a kvapalných látok. Do pásma horenia sa dodávajú látky s nízkou teplotou a vysokými vlastnosťami pohlcovania tepla, čo odoberá časť tepla, ktoré pôsobí na trvanie horenia. V dôsledku toho sa rýchlosť odhorievania sa zmenšuje a ako následok sa zmenšuje rýchlosť vylučovania tepla.
• • izolácia reagujúcich látok od pásma horenia – dusivý efekt. Tento spôsob zamedzuje vystupovanie vyparovaných horiacich látok /pevných častíc, plynu, pary/ alebo prístup vzduchu do pásma horenia. Pritom sa zmenšuje vylučovanie tepla na úkor zmenšenia rýchlosti reakcie horenia. Horľaviny sú pohlcované izolačnou vrstvou.
• • zriedenie reagujúcich látok – zrieďovací efekt. Do horľavých plynotvorných látok alebo do vzduchu, ktorý pôsobí pri horení, dodávajú sa plynotvorné hasebné látky, ktoré nepodporujú horenie. V dôsledku toho rýchlosť reakcie sa spomaľuje a horenie prestáva pre zmenšenie vylučovania tepla.
• • spomaľovanie reakcie horenia – antikatalytický efekt /stenový/ – tento spôsob je založený na schopnosti obzvlášť aktívnych látok, ktoré sa volajú inhibitory.

V jednotlivých spôsoboch sa pre zamedzenie horenia používajú kombinácie vyššie uvedených spôsobov, pritom jeden z nich je rozhodujúci. Každý z vyššie uvedených spôsobov je možné použiť pre zánik horenia horľavých látok a materiálov v ľubovoľnom skupenstve.

Hasebné látky – všeobecné pojmy

Hasebnými látkami sa nazývajú také látky alebo materiály, pomocou ktorých sa vytvárajú podmienky, zabezpečujúce zánik horenia a môžu byť v rôznom skupenskom stave.

Takýchto látok a materiálov sa v prírode nachádza mnoho, jednako pre hasenie požiarov sa používajú iba tie, ktoré vyhovujú nasledovným požiadavkám:

• • majú vysoký hasebný efekt, t.j. pri malej spotrebe rýchle zamedzujú horenie
• • sú ľahko prístupné
• • sú lacné
• • sú neškodné pre ľudský organizmus a nespôsobujú poškodenie predmetov, ktoré sú vystavené ich účinkom
• • sú dobre skladovateľné a dopraviteľné
• • majú širokú škálu použitia.

Podľa fyzikálneho a chemického spôsobu prerušenia procesu horenia rozdeľujeme hasebné látky do nasledovných skupín:

• • ochladzovacie – voda, vodné roztoky solí, pevný oxid uhličitý a pod.
• • izolačné – chemická a vzducho-mechanická pena, prikrývky, hasebné prášky, piesok a iné
• • zrieďovacie – vodná para, oxid uhličitý v plynnom stave, dusík, interné plyny a pod
• • chemické spomaľovanie – hasebné prášky

Hlavné hasiace účinky – efekty:

• • chladiaci efekt
• • dusivý efekt
• • zrieďovací efekt
• • antikatalytický efekt

Voda má veľkú tepelnú kapacitu, ktorá môže intenzívne pohlcovať teplo vznikajúce pri horení. Táto hasebná vlastnosť sa zosilňuje tým, že voda pri ohrievaní sa mení na paru a je schopná riediť pri hasení reagujúce látky a materiály.

Okrem ochladzovania – primárneho účinku – má voda aj zrieďovací – sekundárny účinok. Voda odoberá horiacim predmetom veľké množstvo tepla.

Výhody hasenia vodnou hmlou:

• • rýchle odoberá veľké množstvo tepla z pásma horenia
• • vytvorená vodná para bráni prístupu vzduchu
• • vytvorený oblak vodnej hmly chráni obsluhu prúdnice proti sálavému teplu
• • vpotreba vody je menšia ako pri tradičnom spôsobe hasenia
• • voda nespôsobuje takmer žiadne škody
• • vodná hmla vytláča a absorbuje škodlivé splodiny horenia a ochladzuje okolitý vzduch
• • spätný tlak na prúdnici je veľmi malý

Voda je najpoužívanejšia a najlacnejšia hasebná látka. Nie je jedovatá, je chemicky stála a dá sa jednoducho dopravovať hadicami a potrubiami. Veľmi dobre hasí požiare väčšiny horľavých látok skupiny A – drevo, papier, seno a všetky dobre zmáčané /hydrofilné/ látky.

Pri hasení nezmáčavých /hydrofóbnych/ látok sa dá hasiaci účinok zvýšiť pridaním zmáčadiel, ktoré znižujú povrchové napätie vody a zvyšujú účinok použitia vody.

Zákaz hasenia vodou:

• • kovy – sodík, draslík, horčík, hliníkový prach – pri hasení kovov prebieha chemická reakcia sprevádzaná vznikom plynného vodíka a s následným výbuchom
• • deriváty ropy – benzín, olej, nafta – voda má väčšiu hustotu, klesá pod hladinu horiacej kvapaliny a môže spôsobiť vyvretie a výstrek. Horľavé kvapaliny sa môžu hasiť vodnou hmlou
• • zliatiny kovov, ktoré horia pri teplotách 1.700 °C a viac – termit, elektrón – môže nastať rozklad vody na vodík a kyslík s následným výbuchom

Kompaktné prúdy sa používajú pri hasení vonkajších požiarov a všade tam, kde je potrebná veľká dodávka vody na značné vzdialenosti, veľké výšky. Nepoužíva sa pri hasení požiarov v prašnom prostredí a taktiež pri hasení kvapalín v nádržiach.

Rozprášený prúd vody tvorí vlastne tok kvapôčok vody s rozličným priemerom. Pri použití týchto prúdov vody zmenšuje sa tlaková sila na horiaci predmet, ale zväčšuje sa plocha rovnomerného ochladenia. Rozprášená voda sa ohrieva a mení na paru, pričom odoberá veľké množstvo vody. Pritom hasebné účinky sa využívajú vo väčšej miere ako pri použití kompaktného vodného prúdu.

Výhody vody: je schopná pohlcovať teplo, nízka cena, jednoduchá dostupnosť / rieky, jazerá /, pomerne lacná, jednoducho dopravovaná na miesto požiaru, ľahko skladovateľná /CAS, umelé nádrže/, nejedovatá, široká škála použitia, môže byť dostrekovaná na ťažké alebo nebezpečné miesta požiaru.

Nevýhody vody: elektricky vodivá, pri 0 °C mení svoje skupenstvo – mrzne, nie je možné ňou hasiť horľavé kvapaliny s bodom varu vyšším ako 80 °C, vysoké škody spôsobené vodou pri neodbornom zásahu, voda bez zmáčadiel je v niektorých prípadoch málo účinná.

Chemická pena získa sa neutralizáciou medzi kyselinami a zásadami. Obal bubliniek tejto peny pozostáva zo zmesi vodných roztokov, solí a penotvorných látok a je vyplnený oxidom uhličitým. Jej získanie je spojené s technickými ťažkosťami a značnými nákladmi. Preto sa používa iba v ručných hasiacich prístrojoch a na hasenie ropných produktov v nádržiach.

Vzduchová pena je hasebná látka, ktorá sa pripravuje v okamihu zásahu pridaním vzduchu alebo inertného plynu do roztoku penidla /voda + penotvorná látka/ v penotvornej prúdnici. Penotvorný roztok vzniká v premiešavači ejektorovým prisávaním penotvornej látky – penidla do vody.

Premiešavanie je hodnota, udávajúca percentuálny obsah penidla v penotvornom roztoku.

Ťažká pena má číslo napenenia do 20.
Stredná pena s násobnosťou od 20 do 200 čísla napenenia.
Ľahká pena s násobnosťou od 200 do 1.000 čísla napenenia.

Definícia čísla napenenia je pomere objemu vytvorenej peny a objemu penotvorného roztoku. Hodnota čísla napenenia /násobnosť/ je určujúce kritérium pre rozdelenie vzduchovej peny.

Hlavný hasiaci účinok peny je izolačný – zamedzenie prístupu horľavých plynov a pár do pásma horenia. Ťažká pena má okrem izolačného aj ochladovací účinok, spôsobený uvoľnením vody pri rozklade peny. Ochladzovací účinok strednej a ľahkej peny je nepatrný.

Ak je potrebné vyrobiť ťažkú penu, na konci hadicového vedenia sa zapojí penotvorná prúdnica na ťažkú penu, ktoré označujeme P-1,5, P-3, P-6, P-12, P-24.

Veľkosť prúdnic na ťažkú penu závisí od množstva a veľkosť difúzorov.
Pri výrobe strednej peny sa použije prúdnica na výrobu strednej peny sa požije prúdnica na výrobu strednej peny. Tieto prúdnice označujeme SP-20 a SP-35.
Ľahká pena sa dá vyrobiť len za použitia agregátu na ľahkú penu.

Ľahká voda je sirupovitá kvapalina a pri použití penotvornej prúdnice dáva penu s číslom napenenia 8 – 10, ktorá je chemicky aj tepelne veľmi stála. Pláva na povrchu horľavých kvapalín ľahších ako voda, pričom vytvára vzduchotesnú blanu, ktorá zabraňuje vyparovaniu horľavých pár do pásma horenia. Izolačný účinok ľahkej vody je tak dokonalý, že znemožní opätovné zapálenie horľavej kvapaliny aj pri ponorení horiacej fakle. Ľahká voda sa používa najmä na hasenie požiarov kvapalných uhľovodíkov.

Hasebné prášky – u nás sa používajú prášky:

• prášky BCE – ich výroba prevažuje nad ostatnými druhmi
• prášky ABCDE – jedná sa o univerzálne prášky, ktoré hasia požiare horľavých látok všetkých skupín.

Výhody pri hasení práškami: veľmi dobre hasia pevné, kvapalné aj plynné látky. Prášky nie sú jedovaté.

Nevýhoda práškov: nemôžu sa používať na hasenie elektrických zariadení a tiež pri požiaroch jemnej mechaniky. Veľkou nevýhodou je aj to, že prášky nemajú ochladzovací účinok, čo sa negatívne prejaví pri hasení požiarov tuhých látok, kde povrch horiaceho predmetu má aj po uhasení plameňa teplotu vyššiu ako je teplota vznietenia.

Hasebné látky zrieďovacie znižujú koncentráciu kyslíka vo vzduchu na hodnotu 12 – 16% objemu. Najčastejšie sa používajú nasledovné plyny:

• • oxid uhličitý v plynnom stave – CO₂
• • plynný dusík – N₂
• • vodná para