Треугольник огня или горения — это простая модель для понимания необходимых ингредиентов для большинства пожаров . [1]
Треугольник иллюстрирует три элемента, необходимые для возгорания огня: тепло , топливо и окислитель (обычно кислород ). [2] Пожар естественным образом возникает, когда элементы присутствуют и объединены в правильную смесь. [3] Пожар можно предотвратить или потушить, удалив любой из элементов в треугольнике огня. Например, накрывая огонь противопожарным покрывалом, можно заблокировать кислород и потушить огонь. В случае крупных пожаров, когда вызывают пожарных, уменьшение количества кислорода обычно не является вариантом, поскольку нет эффективного способа сделать это на большой площади. [4]
Огненный тетраэдр представляет собой добавление химической цепной реакции к трем, уже присутствующим в огненном треугольнике.
Горение — это химическая реакция, которая дает огню больше тепла и позволяет ему продолжаться. После того, как пожар начался, результирующая экзотермическая цепная реакция поддерживает огонь и позволяет ему продолжаться до тех пор, пока хотя бы один из элементов огня не будет заблокирован:
Когда пожар включает горение металлов, таких как литий , магний , титан и т . д. (известный как пожар класса D ), становится еще важнее учитывать выделение энергии. Поскольку металлы реагируют с водой быстрее, чем с кислородом, и, таким образом, выделяется больше энергии, попадание воды на такой пожар приводит к тому, что огонь становится горячее или даже взрывается . Огнетушители на основе углекислого газа неэффективны против некоторых металлов, таких как титан. [6] Поэтому для прерывания цепной реакции горения металла необходимо использовать инертные агенты (например, сухой песок).
Точно так же, как только один из четырех элементов тетраэдра (полностью) удаляется, горение прекращается.
Окислитель — это другой реагент химической реакции. В большинстве случаев это окружающий воздух, и в частности один из его компонентов, кислород (O 2 ). Лишив огонь воздуха, можно потушить его, например, накрыв пламя маленькой свечи пустым стаканом. Напротив, если над дровами дуть воздух (как с помощью мехов ), огонь активизируется введением большего количества воздуха.
Некоторые химикаты, такие как фтористый газ, 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 иссякнет; эту сторону треугольника огня нельзя сломать обычными средствами (т. е., лишив его воздуха, он не будет заглушен).
В некоторых случаях, например, в случае некоторых взрывчатых веществ, окислитель и горючее являются одним и тем же веществом (например, нитроглицерин — нестабильная молекула, в которой окисляющие части находятся в той же молекуле, что и окисляемые части).
Реакция инициируется активирующей энергией — в большинстве случаев это тепло. Несколько примеров включают трение, как в случае спичек, нагревание электрического провода, пламя (распространение огня) или искру (от зажигалки или любого пускового электрического устройства). Существует также много других способов получения достаточной активирующей энергии, включая электричество, излучение и давление, все из которых приведут к повышению температуры. В большинстве случаев выделение тепла обеспечивает самоподдерживающуюся реакцию и позволяет цепной реакции развиваться. Температура, при которой жидкость производит достаточно паров для получения горючей смеси с самоподдерживающимся горением, называется ее температурой вспышки.
Чтобы остановить реакцию горения, необходимо удалить один из трех элементов огненного треугольника.
Без достаточного количества тепла пожар не может начаться и не может продолжаться. Тепло можно удалить, применяя вещество, которое уменьшает количество тепла, доступного для реакции огня. Часто это вода, которая поглощает тепло для фазового перехода от воды к пару. Введение достаточного количества и типов порошка или газа в пламя уменьшает количество тепла, доступного для реакции огня, таким же образом. Соскребание углей с горящей конструкции также удаляет источник тепла. Отключение электричества в электрическом огне удаляет источник возгорания.
Без топлива пожар прекратится. Топливо можно удалить естественным путем, например, когда огонь поглотил все горючее топливо, или вручную, механически или химически удалив топливо из огня. Разделение топлива является важным фактором в тушении лесных пожаров и является основой большинства основных тактик, таких как контролируемые сжигания . Пожар прекращается, потому что более низкая концентрация паров топлива в пламени приводит к снижению выделения энергии и более низкой температуре. Таким образом, удаление топлива уменьшает тепло.
Без достаточного количества кислорода пожар не может начаться и не может продолжаться. При снижении концентрации кислорода процесс горения замедляется. Кислород можно перекрыть огню с помощью углекислотного огнетушителя , противопожарного одеяла или воды.
Вода может играть две разные роли. В случае твердого горючего твердое топливо производит пиролизные продукты под воздействием тепла, обычно излучения. Этот процесс останавливается применением воды, поскольку вода легче испаряется, чем пиролизуется топливо. Таким образом, энергия отводится от поверхности топлива, оно охлаждается, и пиролиз прекращается, прекращая подачу топлива в пламя. В пожаротушении это называется охлаждением поверхности.
В газовой фазе, т. е. в пламени или в дыму, горючее 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 0,2 мм. В пожаротушении это называется охлаждением газа или охлаждением дыма.
Существуют также случаи, когда фактором воспламенения не является энергия активации. Например, дымовой взрыв — это очень бурное горение несгоревших газов, содержащихся в дыме, созданном внезапным поступлением свежего воздуха (поступлением окислителя). Интервал, в котором может гореть смесь воздуха и газа, ограничен пределами взрываемости воздуха. Этот интервал может быть очень маленьким (керосин) или большим (ацетилен).
Воду нельзя использовать при тушении некоторых типов пожаров:
Поскольку эти реакции хорошо изучены, стало возможным создание специальных добавок к воде, которые позволят:
Водные добавки, как правило, предназначены для эффективного тушения пожаров нескольких категорий (класс A + класс B или даже класс A + класс B + класс F [класс K в Северной Америке]), что означает лучшую глобальную эффективность и удобство использования одного огнетушителя для многих различных типов пожаров (или пожаров, в которых задействованы несколько различных классов материалов).
В контексте лесных пожаров пожарный треугольник можно масштабировать, чтобы применить к распространению огня по ландшафтам (масштабы дней и нескольких километров) и повторению пожара с течением времени (масштабы десятилетий и сотен километров). [7] Таким образом, в то время как тепло важно для зажигания пламени, топография важна для содействия распространению огня, особенно путем предварительного нагрева горючих материалов вверх по склону, а источники возгораний важны для объяснения повторения в более длительных временных масштабах. Аналогично, в то время как кислород важен для поддержания пламени, погода и связанные с ней ветры подпитывают распространяющийся огонь кислородом, а долгосрочная модель погоды обобщается как климат. Наконец, топливо — это термин для описания того, что горит в одном пламени, для диапазона материалов, сжигаемых в распространяющемся лесном пожаре, но топливо различается в больших пространственных и временных масштабах в том, что называется растительностью .
В наименьшем масштабе, треугольнике горения-пожара, отдельные частицы топлива воспламеняются один раз при критической температуре, и огонь переносит энергию в ближайшее окружение. События горения варьируются в масштабе от нескольких секунд до пары дней, и их последствия отслеживаются в масштабе квадранта. Самый большой масштаб, напротив, описывает концепцию режима пожара . Глобальное изменение климата управляет многими факторами, вовлеченными в треугольники «лесной пожар» и «режим пожара». Например, в отношении режима пожара определенный тип растительности будет поддерживать характерный пожар с точки зрения повторяемости, интенсивности, сезонности и биологических эффектов; изменение типа растительности будет иметь последствия для изменяющегося режима пожара.
