розділ 2
Теоретичні дослідження процесів вогнезахисту фанери
Дослідження процесів вогнезахисту фанери доцільно розглядати з врахуванням
процесів горіння фанери або целюлозовмісних матеріалів, зокрема деревини.
Необхідно визначити найбільш вагомі та вразливі ділянки процесу горіння таких
матеріалів, впливаючи на які можна розробити шляхи вогнезахисту [65].
Враховуючи сучасний стан розвитку науки про горіння, ми не вважаємо, що це суто
хімічний або фізичний процес. Доцільніше його окреслити як фізико-хімічний
процес. Безумовно, початковим є хімічний – процес окиснення. Проте без участі
фізичних процесів, зокрема дифузії кисню для підтримання системи в умовах
існування трикутника горіння, не буде процесу поширення полум’я. Необхідно
констатувати, що для вирішення проблем інтенсифікації процесів, їхнього
пригнічення та припинення створено напрям – хімічна фізика. За цим напрямом
плідно працювали видатні вчені світового рівня: М. М. Семенов, Д. А.
Франк-Каменський, Я. Б. Зельдович, Ван-Тигелен та ін.
Як розглядалося в розділі 1, пожежну небезпеку фанери складають не тільки
процеси, що пов’язані з термічним перетворенням фанери під дією теплового
потоку (процеси вигоряння матеріалу), а й процес розповсюдження пожежі за
рахунок поширення фронту полум’я поверхнею матеріалу.
Загоряння фанери переважно супроводжується появою полум’я, в якому відбуваються
екзотермічні реакції взаємодії газоподібних продуктів піролізу матеріалу з
киснем. Полуменеве горіння фанери зумовлюється виділенням горючих газів у такій
кількості, що відповідають нижній концентраційній межі займання (НКМЗ).
Лімітуючою стадією полуменевого процесу горіння є дифузія повітря в зону
хімічних реакцій полум’я. Джерелом займання може бути відкрите полум’я (сірник,
свічка), електрична іскра тощо. Загоряння фанери відбувається і без
матеріального джерела – за рахунок температури середовища, вище якої система
здатна до самоприскорення обмінних процесів і переходить у стан теплового
займання, який є імпульсом до початку ланцюгової реакції окиснення (горіння).
Нас цікавить також розповсюдження полум’я поверхнею фанери, яке відбувається в
площині матеріалу, коли наявність горючих газів у продуктах піролізу фанери
буде більшою за нижню концентраційну межу поширення полум’я (НКМПП). Лімітуючою
стадією процесу поширення полум’я поверхнею буде дифузія горючих газів
продуктів піролізу фанери в повітря.
Процеси займання і горіння в глибину целюлозовмісних матеріалів, або процеси
вигоряння, досліджувалися в багатьох роботах [66 – 69]. Процеси розповсюдження
полум’я поверхнею цими матеріалами аналізувались значно менше [23, 27].
Водночас роботам, присвяченим дослідженням займання та горіння вогнезахищених
матеріалів, приділялося зовсім мало уваги [25, 26].
2.1. Математична модель займання фанери залежно від параметрів її нагрівання
Для прогнозування пожежної небезпеки вогнезахищеної фанери в роботі [66]
наведено модель теплопровідності вогнезахищеної деревини, що складається із
шарів, які обмежують передачу тепла через плоску двошарову стінку, зі спіненого
теплоізолюючого шару та шару коксу. Ці шари утворюються завдяки термічному
розкладу антипіренів, які є складовими структури просоченої деревини. При дії
на деревину теплового потоку, що відповідає температурі горіння деревини (~ 820
оС), здійснюється її прогрівання на глибину просочення, спричиняючи початок
обвуглення з одночасним виходом розплаву та продуктів розкладу просочувальних
засобів на поверхню з наступним спіненням і затвердінням вуглецевовміщуючих
компонентів. Потім спінений шар спікається, проходить його усадка,
теплоізоляція перетворюється в тонку плівку, і тепло переходить до шару
вуглецю. Тому зниження горючих властивостей деревини пояснюється за рахунок
утворення на поверхні обробленої деревини теплозахисного спіненого шару. З
наведеної моделі неможливо зпрогнозувати ефективність вогнезахисту
целюлозовмісних матеріалів.
Для пояснення причини ефективної вогнезахисної дії недостатньо отримання
теплофізичних характеристик обробленої деревини [69]. Теплозахисні властивості
шару коксу, що виникає при дії тепла на поверхню обробленої деревини,
взаємопов’язані з умовами його формування та структурою. Деревина сама має
пористу структуру, низькі значення густини й теплової активності. Тільки
утворення ізолюючої перешкоди для виходу летких продуктів і переносу тепла до
фронту піролізу деревини, у результаті перетворення її поверхні при нагріванні,
може викликати ефект припинення горіння. Такою ізолюючою перешкодою є утворення
модифікованого шару коксу за рахунок присутності антипіренів у деревині.
Однак такі дослідження не враховують зміну теплофізичних властивостей
матеріалів під дією теплового потоку, до того ж розглядається лише
теплопровідність через багатошарову стінку, в якій не враховується динаміка
процесу займання матеріалу.
Особливістю займання целюлозовмісних матеріалів є те, що дія зовнішнього
імпульсу зумовлює виникнення реакції гетерогенного окиснення як по товщині так
і по площі та призводить до накопичення тепла матеріалом, що спричинює до
стрибкоподібного підвищення його температури й швидкості хімічних реакцій
розкладу, як наслідок – займання матеріалу.
Для розробки практичних рекомендацій із запобігання займання фанери необхідно
мати можливість прогнозу критичного стану, коли її температура досягне
критичного рівня температури займання, , К, вище якого система здатна до
самоприскорення процесів обміну й переходу в стан теплового займання [67, 68,
70, 71].
Динаміка розподілу температури при нагріванні та займанні фанери
- Київ+380960830922