Треугольник огня или треугольник горения — это простая модель для понимания необходимых ингредиентов для большинства пожаров . [1]
Треугольник иллюстрирует три элемента, необходимые для воспламенения огня: тепло , топливо и окислитель (обычно кислород ). [2] Пожар естественным образом возникает, когда элементы присутствуют и соединяются в правильную смесь. [3] Пожар можно предотвратить или потушить, удалив любой из элементов пожарного треугольника. Например, накрытие огня противопожарным одеялом блокирует доступ кислорода и может потушить пожар. При крупных пожарах, к которым вызывают пожарных, уменьшение количества кислорода обычно не представляется возможным, поскольку не существует эффективного способа сделать это на обширной территории. [4]
Огненный тетраэдр представляет собой добавление цепной химической реакции к трем, уже присутствующим в огненном треугольнике.
Горение — это химическая реакция, которая усиливает огонь и позволяет ему продолжаться. После начала пожара возникающая в результате экзотермическая цепная реакция поддерживает огонь и позволяет ему продолжаться до тех пор, пока хотя бы один из элементов пожара не будет заблокирован:
Когда пожар включает в себя горение таких металлов, как литий , магний , титан [ 6] и т. д. (известный как пожар класса D ), учет выделения энергии становится еще более важным. Поскольку металлы реагируют с водой быстрее, чем с кислородом, и тем самым выделяется больше энергии, попадание воды в такой огонь приводит к тому, что огонь становится более горячим или даже взрывается . Углекислотные огнетушители неэффективны против некоторых металлов, таких как титан. [6] Поэтому для прерывания цепной реакции горения металлов необходимо использовать инертные вещества (например, сухой песок).
Точно так же, как только один из четырёх элементов тетраэдра (полностью) удаляется, горение прекращается.
Окислитель является другим реагентом химической реакции. В большинстве случаев это окружающий воздух и, в частности, один из его компонентов – кислород (О 2 ). Лишив огонь воздуха, огонь можно потушить, например, прикрыв пламя маленькой свечи пустым стаканом. Напротив, если над дровяным костром обдувают воздух (как в случае с мехами ), огонь активируется за счет подачи большего количества воздуха.
Некоторые химические вещества, такие как газообразный фтор, перхлоратные соли, такие как перхлорат аммония или трифторид хлора , действуют как окислители, иногда более сильные, чем сам кислород. Пожар, возникший в результате реакции с этими окислителями, может быть очень трудно потушить, пока окислитель не исчерпается; эту ножку огненного треугольника нельзя сломать обычными способами (т. е. лишение ее воздуха не задушит ее).
В некоторых случаях, например, в некоторых взрывчатых веществах, окислитель и горючее являются одними и теми же (например, нитроглицерин, нестабильная молекула, имеющая окисляющие части в той же молекуле, что и окисляемые части).
Реакция инициируется активирующей энергией — в большинстве случаев это тепло. Несколько примеров включают трение, как в случае со спичками, нагрев электрического провода, пламя (распространение огня) или искру (от зажигалки или любого пускового электрического устройства). Есть также много других способов обеспечить достаточную энергию активации, включая электричество, радиацию и давление, и все это приведет к повышению температуры. В большинстве случаев выделение тепла обеспечивает самоподдержание реакции и развитие цепной реакции. Температура, при которой жидкость выделяет достаточно пара для образования легковоспламеняющейся смеси с самоподдерживающимся горением, называется температурой вспышки.
Чтобы остановить реакцию горения, необходимо удалить один из трех элементов огненного треугольника.
Без достаточного тепла пожар не может начаться и не может продолжаться. Тепло можно удалить путем применения вещества, которое уменьшает количество тепла, доступного для реакции пожара. Часто это вода, которая поглощает тепло для фазового перехода от воды к пару. Введение в пламя достаточных количеств и типов порошка или газа аналогичным образом снижает количество тепла, доступного для реакции возгорания. Соскребание углей с горящей конструкции также устраняет источник тепла. Отключение электричества при электрическом пожаре устраняет источник возгорания.
Без топлива пожар прекратится. Топливо можно удалить естественным путем, например, в случае, когда пожар поглотил все горючее, или вручную, механически или химически удаляя топливо из огня. Разделение топлива является важным фактором тушения лесных пожаров и основой большинства основных тактик, таких как контролируемые горения . Пожар прекращается, поскольку меньшая концентрация паров топлива в пламени приводит к уменьшению энерговыделения и снижению температуры. Удаление топлива тем самым уменьшает нагрев.
Без достаточного количества кислорода пожар не может начаться и не может продолжаться. При уменьшении концентрации кислорода процесс горения замедляется. Подачу кислорода в огонь можно предотвратить с помощью углекислотного огнетушителя , противопожарного покрывала или воды.
Вода может выполнять две разные роли. В случае твердого горючего твердое топливо производит продукты пиролиза под воздействием тепла, обычно радиации. Этот процесс останавливается применением воды, поскольку вода легче испаряется, чем пиролизуется топливо. Тем самым энергия снимается с поверхности топлива, оно охлаждается и прекращается пиролиз , прекращая подачу топлива в пламя. В пожаротушении это называется поверхностным охлаждением.
В газовой фазе, т. е. в пламени или дыме, горючее вещество не может быть отделено от окислителя, и единственное возможное действие состоит в охлаждении. В этом случае капли воды испаряются в газовой фазе, тем самым понижая температуру и добавляя водяной пар, делая газовую смесь негорючей. Для этого требуются капли размером менее примерно 0,2 мм. В пожаротушении это называется газовым охлаждением или дымовым охлаждением.
Существуют также случаи, когда фактор воспламенения не является энергией активации. Например, взрыв дыма — это очень бурное горение несгоревших газов, содержащихся в дыме, возникающее в результате внезапного поступления свежего воздуха (входа окислителя). Интервал, в течение которого может гореть смесь воздуха и газа, ограничен пределами взрывоопасности воздуха. Этот интервал может быть очень малым (керосин) или большим (ацетилен).
Воду нельзя использовать при тушении определенных типов пожаров:
Поскольку эти реакции хорошо изучены, стало возможным создавать специальные добавки к воде, которые позволят:
Водные добавки обычно разрабатываются так, чтобы быть эффективными при пожарах нескольких категорий (класс A + класс B или даже класс A + класс B + класс F [класс K в Северной Америке]), что означает лучшие глобальные характеристики и удобство использования одного огнетушителя. при многих различных типах пожаров (или пожарах, в которых задействовано несколько разных классов материалов).
В контексте лесных пожаров пожарный треугольник можно масштабировать, чтобы применить его к распространению огня по ландшафту (масштабы в несколько дней и несколько километров) и повторяемости пожаров во времени (масштабы в десятилетия и сотни километров). [7] Таким образом, хотя тепло важно для воспламенения пламени, топография важна для содействия распространению огня, особенно за счет предварительного нагрева топлива, расположенного вверх по склону, а источники воспламенения важны, чтобы помочь объяснить повторяемость в более длительных временных масштабах. Аналогичным образом, хотя кислород важен для поддержания пламени, погода и связанные с ней ветры подпитывают кислород распространяющимся огнем, а долгосрочный характер погоды обобщается как климат. Наконец, топливо — это термин, описывающий то, что горит в одном пламени, а также ряд материалов, сгорающих в распространяющемся лесном пожаре, но виды топлива различаются в больших пространственных и временных масштабах в так называемой растительности .
В наименьшем масштабе, треугольнике огня горения, отдельные частицы топлива воспламеняются один раз при критической температуре, и огонь передает энергию ближайшему окружению. Периоды возгорания варьируются от нескольких секунд до пары дней, а их последствия отслеживаются по шкале квадрантов. Самый крупный масштаб, напротив, описывает концепцию пожарного режима . Глобальное изменение климата является движущей силой многих факторов, участвующих в треугольниках «лесных пожаров» и «пожарного режима». Например, что касается режима пожара, конкретный тип растительности будет поддерживать характерный пожар с точки зрения повторяемости, интенсивности, сезонности и биологических последствий; изменение типа растительности будет иметь последствия для изменения режима пожаров.
