شناخت اصول و مبانی حریق

کوشش اساسی برای مقابله آتش سوزی های خانمانسوز، رفته رفته از چهارصد سال پیش در اروپا شروع شد. در اواسط قرن نوزدهم ضرورت برخورد علمی با مساله آتش سوزی های   صنعتی کاملا احساس می شد.به علت آنکه ثابت شده بود که دیگر شرکتهای بیمه و  واحدهای آتش نشانی به تنهایی نمی توانند با حریقهای  خانمانسوز و صنعتی مبارزه کنند و باید به کمک دانشمندان به یک راه حل اساسی دست یافت در نتیجه، برمبنای روشهای علمی، برای حل مسئله پیچیدهُ آتش سوزی صنایع، راه حلهای مناسبی ارایه گردید . در کشورهای پیشرفته، از یافته های این علم برای توسعه و تکامل ادارات آتش نشانی شهری نیز استفاده شد . به خصوص با تأسیس اداراتی برای پیشگیری از بروز حریق و نظارت بر رعایت مقررات حفاظت ساختمانی در برابر حریق، ادارات آتش نشانی درسازمانی که بیشتر منتظر وقوع آتش سوزی بود تا صرفًا با آن مقابله کند، به سازمان حفاظت از حریق تبدیل شد و در نهایت منجر به ایجاد دانش تحصیلی مهندسی حفاظت از حریق در اروپا گردید.

در ایران پس از حدود هشتاد سال سابقه در آتش نشانی و دوره های آموزشی حرفه ای آتش نشانی، برای اولین بار مدرسه آتش نشانی به همت مسئولین محترم سازمان آتش نشانی تهران تأسیس و راه اندازی شده است.

تاریخچه :

امپدوکلس  دانشمند یونانی در نظریه عناصر اربعه ابراز داشت که جهان از چهار ماده یا عنصر تشکیل شده و این چهار عنصر که وی آنها را ریشه همه چیز میدانست عبارت بود ند از :

خاک، هوا، آب و آتش

 

افلاطون  عقیده داشت اجسام مختلف همگی از عناصر اربعه تشکیل شده اند .آتش برای اجسام سماوی و ملکوتی، هوا برای موجودات بالدار و آب برای آبزیان و خاک . به عقیده وی اجسام سماوی نه تنها ملکوتی بودند بلکه روح نیز داشتند

ارسطو نیز به نظریه عناصر اربعه عقیده داشت او درخصوص این که چرا آتش همیشه رو به بالا زبانه می کشد، چنین پاسخ می داد ” جایگاه طبیعی شعله آتش در فلکی بر فراز ماست، آتش رو به بالا زبانه می کشد چون می خواهد به سرای طبیعی خود باز گردد ” .این عقاید همچنان ادامه داشت تا اواسط قرن هفدهم که با پیشرفت علم، نظریه عناصر اربعه مردود شد . اما درک این که آتش واقعًا چیست به قرن هفدهم و هجدهم در زمان پیدایش علم شیمی باز می گردد.

رابرت هوک ٤ عقیده داشت در هوا یک حلال وجود دارد که موجب احتراق می شود . او مدعی بود چون شوره باروت در آب می سوزد، باید دارای چیزی باشد که درهوا هم هست .

جان میو  در سال ١٦٧٩ م، ضمن آزمایشی نشان داد که هم درتنفس و هم دراحتراق، چیزی از هوا مصرف می شود.

یوهان بشر اقتصاددان و شیمیدان آلمانی در سال ١٦٦٩ م، با چاپ کتابی به نام فیزیکزیرزمین، نتایج مطالعات خود را در زمینة شیمی فلزات وکانیها منتشر کرد . بشر تمام کانیها و فلزات را مرکب از سه کیفیت می دانست . ترالا پیدا یا جزء شفاف قابل تبدیل به شیشه، ترامرکورالیس یا جزء سبک و فرار و تراپینگوییس جزء آذرین، چرب و قابل احتراق . او عقیده داشت، موادی که قابل احتراق هستند تراپینگوییس دارند گئورگ اشتال، پزشک آلمانی نظرات بشر را دنبال کرد . او به جای ترامرکورالیس، نظریه فلوژیستون را معرفی کرد . طبق این نظریه، اجسام قابل اشتعال، فلوژیستون دارند که هنگام اشتعال، این ماده از جسم می گریزد

با ابراز نظریة فلوژیستون، مطالعه احتراق و گازها همچنان توسط شیمیدانها دنبال شد .دراین زمینه جوزف بلک، مهمترین پژوهش ها را انجام داد . بلک پزشک جوانی بود که برای ٤ بررسی برخی روشهای درمانی، آزمایش هایی را انجام می داد . وی ضمن یکی از این آزمایش ها دریافت، هوا یک ماده واحد نیست، بلکه از بیش از یک ماده تشکیل م ی شود . او این نظریه خود را در سال ١٧٥٦ منتشر کرد

هنری کاوندیش، پژوهش هایی انجام داد تا مواد تشکیل دهندة هوا را شناسایی کند . او دریافت که از تأثیر اسید بر روی فلز، هوای قابل اشتعال آزاد می شود و نتیجه گرفت که این هوا از خود فلز سرچشمه می گیرد.

 

کاوندیش در سال ١٧٦٦ م، ضمن انتشار نتایج پژوهش های خود، این هوا را هوای قابل اشتعال نامید، در واقع برمبنای نتایج او سه نوع هوا وجود داشت هوا، هوای ثابت وهوای قابل اشتعال، جوزف پریستلی برای پیگیری این موضوع دست به انجام آزمایش های مختلفی زد وی ضمن این آزمایش ها، هواهای مختلف، از جمله هوای شوره ای، هوای فلوژیستونی، هوای اسیدی وهفت هوای دیگر را فراهم کرد . او ضمن آزمایش های دیگری دریافت که در اثر تنفس، از حجم هوا به میزان یک پنجم کاسته می شود . همچنین وی کشف کرد که گیاهان می توانند هوایی را که یک موش تنفس کرده و یا هوایی ر ا که سوختن یک شمع تغییر داده، احیاء کنند.

وی در سال ١٧٧٤ م، با استفاده از نور آفتاب که توسط یک ذره بین متمرکز شده بود، اکسید قرمز جیوه را حرارت داد. در نتیجه هوایی بی رنگ به دست آورد، که گرچه در آب حل نمی شد ولی شمع در آن با درخشش بسیاری می سوخت . این را میتوان مهمترین کشف١٧٨١ م، او مخلوطی از هوای قابل اشتعال و هوای بی فلوژیستون شده را در یک بطری با جرقه ای منفجر ساخت و وقتی فلوژیستون می شود، رطوبتش را نگه می دارد بعدها کاوندیش این آزمایش را تکرار کرد و متوجه شد شبنم، همان آب خالص است، بر این مبنا نتیجه گرفت که هوای بی فلوژیستون شده در واقع چیزی به جز آب بی فلوژیستون شده نیست . اکنون، رابطه ای میان آب و اجزای هو ا پیدا شده بود، اما تصویر کلی هنوز مبهم بود لازم به تذکر است، قبلا در سال ١٧٧٢ م، یک داروساز سوئدی به نام کارل شیل مدعی شده بود که هوا دو نوع می باشد . یک نوع که به احتراق کمک می کند( هوای محرق ) و نوع دیگر که از احتراق جلوگیری می کند . نتایج کار شیل تا سا ل ١٧٧٧ و ترجمه انگلیسی آن تا سال ١٧٨٠ م منتشر نشد.

به هرحال، سرانجام این لاوازیه بود که می بایست مسأله را حل کند . آنتوان لوران لاوازیه ابتدا با کوشش فکری بسیار نظریة فلوژیستون را مردود شناخت و به دور افکند . سپس کشف کرد هوا مرکب از لااقل دو گاز با اوزان متفاوت است . وی درسال ١٧٧٩ م ادعا کرد قسمت قابل احتراق هوا، جزء متشکلة همه اسیدها است او این گاز را اکسیژن، ترکیب آن را بااجسام اکسید و این فرآیند را اکسیداسیون نامید با این کشف، فرآیند اشتعال یا احتراق نیز مشخص شد . در این فرآیند، اکسیژن بسرعت با ماده سوختنی ترکیب می شود . در واقع تفاوت بین اشتعال و اکسیداسیون ( مثل زنگ زدگی فلزات)، همین سرعت واکنش می باشد. اشتعال ناخواسته و یا خارج از کنترل، آتش سوزی یا حریق نامیده می شود،

 

 

 برای ایجاد آتش سوزی، سه عامل اصلی مورد نیاز می باشد:

١- ماده قابل اشتعال ( سوخت)،

٢- حجم معینی از اکسیژن،

٣- حرارت کافی، در علم آتش نشانی این سه عامل را به صورت سه ضلع یک مثلث نشان می دهند که به مثلث آتش معروف است.

مثلث آتش نه تنها عوامل ایجاد آتش را نشان می دهد، بلکه راههای فرونشاندن

 

آن را نیز   مشخص می کند . به بیان روشنتر، چنانچه هر یک از اضلاع مثلث آتش شکسته شود ( یک عامل حذف گردد)، حریق از بین خواهد رفت. براین مبنا، سه روش اصلی و اساسی آتش نشانی ابداع گردید. این روشها عبارتند از:

محدود کردن سوخت( جداسازی ) ، محدود کردن اکسیژن( خفه کردن) و محدود کردن حرارت ( سرد کردن ) با گذشت زمان تئوری مثلث آتش دستخوش دگرگونی های زیادی شد به صورتی که اکنون علاوه بر تئوری مثلث آتش، تئوریهای دیگری مانند مربع آتش، هرم آتش و پنج ضلعی آتش وجود دارند.

 

احتراق :

عبارت است از ترکیب یک ماده قابل سوخت با اکسیژن و در نتیجه مقدار ی از مولکولها به مولکولهای دیگر و اتمهای سازنده خود تبدیل می گردند و درحقیقت احتراق یک واکنش اکسیداسیون حرارت زا می باشد که به واکنشهای زنجیره ای معروف می باشد

 

.

شعله:

 

یک واکنش احتراقی است که حرارت و نور را به محیط اطراف انتشار می دهد. ماهیتواقعی انتشار شعله کاملا درک نشده است . شعله ها ساختارهای متغیر و گوناگونی دارند که به نوع گاز یا بخاری که می سوزد بستگی دارد .مناطق مختلف شعله، غالبًا به وسیله نوعی از واکنشها که در هر منطقه ادامه دارد مشخص می شوند. اغلب شعله ها نیازمند اکسیژن هستند.

 

شعله وری : یک مخلوط سوختنی اکسیدی که انرژی کافی آزاد می کند واجازه می

دهدکه شعله به ناحیه آتش نگرفته گسترش یابد شعله وری نامیده می شود.

 

 

 

 

درجه حرارت اشتعال :

 

الف(نقطه شعله زنی : عبارت از درجه حرارتی است که آن جسم بخارات کافی جهت تشکیل یک مخلوط قابل اشتعال با هوا در سطح خود تولید کند و در صورت وجود منبع آتش زنه برای یک لحظه شعله موقت ایجاد شده، ولی ادامه و گسترش نخواهد داشت. توجه: نقطه شعله زنی مختص مایعات و برخی جامدات که حالت تصعید دارند مثل نفتالین می باشد.

 

ب)نقطه آتش

پایین ترین درجه حرارتی که یک سوخت تولید بخارات کافی جهت اشتعال و ادامه

اشتعال بنماید را نقطه آتش گویند . نقطه آتش معمولا چند درجه حرارت بالاتر از نقطه شعله زنی است . در تعریفی دیگر، نقطه آتش عبارت است از پایین ترین درجه حرارت، به گونه ای که حرارت ایجاد شده از احتراق بخار مشتعل ، توان تولید بخار کافی جهت ادامه احتراق داشته باشد.

 

 

.

ج ) درجه حرارت خود سوزی :

 

پایین ترین درجه حرارتی است که در آن ماده به خودی خود مشتعل می شود . یعنی ماده بدون نزدیک شدن به شعله یا منبع دیگر جرقه زنی، خود به خود خواهد سوخت و این بدان معنا است که در شرایطی خاص بعضی از مواد به خودی خود ایجاد حریق می نمایند.

د)احتراق خود به خود"خود به خود سوزد":

.

برخی از مواد خصوصًا مواد آلی که ریشه کربنی دارند ممکن است در درجه حرارت

محیط با اکسیژن واکنش نشان دهند، ترکیباتی مانند روغن بزرک که دارای پیوندهای مضاعف کربن  کربن هستند برای این نوع واکنش بسیار مستعد هستند. اگر ماده سوختنی عایق خوبی برای حرارت باشد، حرارت ایجاد شده در چنین واکنشی نمی تواند از آن خارج شده و جذب محیط اطراف می شود و در نتیجه درجه حرارت ماده بالا می رود و واکنش بیشتر می شود و

این عمل ادامه می یابد تا زمانی که درجه حرارت آن به درجه حرارت افروزش و اشتعال برسد و در نتیجه احتراق واقعی صورت پذیرد.

تُاثیر باکتری روی بعضی مواد آلی سبب افزایش درجه حرارت آنها می شود و برخی مواقع احتراق صورت می گیرد . احتراق در روغن هایی که در صنعت نساجی به کار می روند یا د ر انبارهای علوفه و زغال که بدیهی است عایق حرارتی عامل مهمی در این نوع احتراق می باشد. حلقه اتصال عرضی اتمها Cross Linking خصوصًا در پلاستیک درمولکولهای جسم مرکب که در برخی پلاستیکها موجود است می تواند منجر به شعله وری خودبخود گردد.

 

.

 

 

 

 

 

 

درجه حرارت اشتعال به عوامل زیر بستگی دارد :

 

الف - درصد بخارات تولید شده از ماده قابل اشتعال در محیط ( فشار بخار) .

ب - مقدار درصد اکسیژن موجود در محیط.

ج - نوع منبع آتش زنه و مدت زمانی که جسم قابل اشتعال در مجاورت آن منبع قرار داشته است.

د - شکل و حجم محلی که بخارات در آن قرار دارد(فشار محیط ) .

ه – وجود کاتالیزور واکنش در محیط ( تسربع کننده و کند کننده( .

 

 

حدود اشتعال یا انفجار

گاز یا بخار قابل اشتعال در هوا در صورتی که ترکیب آنها در حد معینی قرار بگیرد خواهد سوخت، یعنی زمانی که یک گاز یا بخار مشتعل می گردد که با هوای کافی مخلوط شده و نسبت قابل اشتعال یا انفجار را بوجود آورده باشد . این قابلیت بستگی به درصد اختلاط آن با هوا دارد . اگر سوخت خیلی زیاد یا خیلی کم باشد افروزش یا انفجار انجام نخواهد شد و در این صورت گفته می شود که مخلوط پایین تر یا بالاتر از حدود اشتعال یا انفجار خود است و این حدود را بالاترین و پایین ترین حد قابلیت اشتعال می نامند.

پایین ترین حد اشتعال یا انفجار عبارت است از کمترین حد تراکم که باعث شعله یا انفجار گردد و همچنین بالاترین حد اشتعال عبارت است از بیشترین حد تراکم ( بالاترین حد تراکم گاز یا بخار) که باعث ایجاد شعله یا انفجار گردد . جدول زیرحدود اشتعال یا انفجار برخی از گازها را نشان می دهد.

 

.

 

مراحل احتراق :

مراحل احتراق یا چگونگی سوختن یک ماده همیشه یکسان ویک شکل نیست .

سوختهای مختلف نیز هر یک با مشخصاتی خاص بر توسعه حریق اثر می کنند اما وضع درجه حرارت نسبت به زمان همواره به این شکل است که از نقطه اشتعال آغاز می شود، به تدریج تحت شرایطی بالا می رود، با رسیدن به حد نهایی غالبًا تا حدودی ثابت می ماند و پس از کم شدن مقدار سوخت، سیر نزولی را طی می کند

مهم اینجاست که بالارفتن درجه حرارت به مقدار سوخت بستگی ندارد و تابع شرایط فیزیکی و شیمیایی آن است. در شکل زیر مراحل مختلف احتراق مربوط به نمونه سوختی مشخص در یک حریق آزمایش توسط منحنی زمان – درجه حرارت نشان داده شده است.

مرحله ای که آتش رشد می یابد مقطعی حساس است و از لحاظ بکارگیری اقدامات موثر مبارزه با حریق اهمیت اساسی دارد . باید بتوان خیلی زود از وجود آتش مطلع شد تا زمان مورد نیاز برای فرار اشخاص و فعالیت مأموران آتش نشانی هدر نرود.

 

 

مرحله ١ اشتعال اولیه : در این لحظه آتش بروز کرده است.

مرحله ٢ رشد آتش : این مرحله از چند دقیقه تا چند ساعت ممکن است متفاوت باشد در اوایل این مرحله معمولا سوخت کند می سوزد وتولید دود وگاز می کند.

 

مرحله ٣ پیشروی شعله : در این مرحله آتش به اغلب مواد سوختنی سرایت کرده و درجه حرارت سریعًا افزایش می یابد.

 

مرحله ٤  اوج احتراق : آتش به حداکثر شدت خود رسیده و مواد سوختنی براحتی در حال احتراق هستند

مرحله ٥  پس نشینی : سوخت کاهش یافته و درحال از بین رفتن می باشد، حجم آتش کم کم کاهش می یابد.

مرحله ٦ نیمه سوختن و دود کردن : زنجیره واکنشهای خودکار احتراق در حال از هم گسیختن است.

 

مرحله ٧  خاموشی: در این لحظه آتش خاموش شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بک درفت                    Back draught

بک درفت:  در یک محیط بسته که آتش وجود دارد بعد از مدت زمانی به علت بسته بودن دربها و پنجره ها اکسیژن مورد نیاز برای سوختن کاهش می یابد و در نتیجه ناقص سوزی سوخت آغاز می شود . حتی ممکن است در اثر کمبود اکسیژن شعله آتش خاموش شده و کند سوزی ادامه پیدا نماید و مواد نیم سوز می تواند محیط را به طور خطرناکی با بخارات و گازهای قابل اشتعال پرکند و با رسیدن هوای کافی  (مثلا به واسطه باز شدن یک درب )، بخارات و گازهای قابل اشتعال داغ دچار آتش سوزی ناگهانی و یا حتی انفجار می شو ند. گاهی اوقات یک گوی آتشین از محل ورود هوا به اتاق به بیرون می آید و این به ویژه برای مأموران آتش نشانی که اتاقها را برای نجات بازماندگان مورد بازرسی قرار می دهند بسیار خطرناک است . از این رو باید قبل از ورود به اتاق های بسته، آنها را به شکل کنترل شده ای تهویه نمود

.

 

 

 

فلاش آور  Flash Over

شعله ورشدن یا گر گرفتن به مرحله ای گفته می شود که آتش با یک حرکت سریع و همه جانبه تمامی مواد سوختنی و فضا را یکپارچه مشتعل می کند . ابتدا بخارات حاصل از سوخت در نزدیکی سطحی که متصاعد شده اند می سوزند و در این فاص له به طور عادی مقدار هوای دسترس بیش از مقدار مورد نیاز است . در این زمان عامل کنترل کننده سرعت احتراق، مساحت سطح ماده سوختی است . تداوم دوره رشد به عوامل متعددی بستگی دارد، اما لحظه بحرانی وقتی فرا می رسد که شعله های آتش به سقف برسند . با گسترش آتش به سطح زیر سقف، مساحتی که دچار آتش سوزی شده است به مقدار زیادی افزایش می یابد . در نتیجه تابش حرارت به طرف سطح مواد قابل احتراق به طور محسوسی افزایش می یابد در یک اتاق معمولی، با مبلمان و دکوراسیون معمولی این اتفاق در دماهای حدود ٥٥٠ درجه سانتیگراد رخ می دهد . در ای نجا باقیمانده مواد سوختی به سرعت به دمای آتش خود رسیده و ظرف٣ -٤ ثانیه مشتعل می شوند.

 

بلوی   BLEVE

انفجار ناشی از افزایش فشار بخار حاصل از جوشیدن مایع :

یکی از عمده ترین انفجارات که در این گروه قرار دارد انفجار در اثر ازدیاد فشار ناشی

از افزایش فشار بخار حاصل از جوشیدن مایع می باشد و این انفجارات بنام

 BLEVE = Boiling liquid Expanding Vapor Explosion   می باشد.

این نوع انفجار ازعمده ترین انفجارات مخازن بوده که سبب دو یا چند تکه شدن مخزن مایع در یک لحظه می شود . انفجار این مخازن زم انی صورت می گیرد که درجه حرارت مایع داخل مخزن به متوجه مخازن BLEVE بالاتر از نقطه جوش خود ( در فشار اتمسفر ) برسد. بیشتر انفجارات می باشد که اکثر این مخازن در اثر حریقها به علت جذب حرارت و وقوع ( LP-Gas) گازمایع عمل فوق منفجر می شوند که اکثر این مخازن در اثر حریقها به علت جذب حرارت و وقوع عمل فوق منفجر می شوند . همزمان با ازدیاد فشار ، در اثر حرارت، بدنه مخازن نیز ضعیف تر شده و عمل انفجار صورت می گیرد . البته این انفجارات فقط مختص به مخازن محتوی مایع یا گاز قابل اشتعال نبوده بلکه دیگهای بخار در اثر کارنکردن سوپاپ اطمینان یا تحت فشار بیش از حد قرار گرفتن و یا حرارت بیش از اندازه دیدن و ه مچنین انتخاب نامناسب دیگ از نظر گنجایش سبب چنین حالتی از انفجار می شود. چون در این سیستمها عمل تخلیه ماده محتوی مخزن به هنگام ازدیاد فشار داخلی، فیزیکی می باشد بنابراین اگر محتویات درون مخزن قابل اشتعال باشد عمل احتراق و تولید حرارت نیز در اثر آزاد شدن این مواد وجود

خواهد داشت و این عمل اشتعال پدیده دوم از BLEVE می باشد.

 

اگرچه اکثر BLEVE شامل ضعیف شدن مخازن در نتیجه قرار گرفتن در معرض شعله است ولی تعداد کمی از این انفجارات در نتیجه عوامل دیگر از قبیل خوردگی یا نیروهای حاصل از ضربه است. ضعیف شدن دراثر برخور د به خصوص در رابطه با تصادفات به هنگام حمل و نقل، از قبیل حمل بوسیله تانکرهای راه آهن و وسایل نقلیه درجاده ها می باشد، درین حالتها بلوی توأم با ضربه است . بزرگی بلوی اساسًا بستگی به مقدار تبخیر مایع رها شده از مخزن و وزن قطعات مخزن دارد، این عمل پرتاب قطعات در بسیاری موارد همانند عملکرد موشکها به هنگام پرتاب به جلو می باشد . اکثر انفجارات بلوی گاز مایع هنگامی به وجود می آید که ازحداقل مقداری کمتر از نصف تا حدود ٧٥ درصد از مقدار حداکثر مجاز بارگیری مخزن، مایع در داخل مخزن وجود داشته باشد . زمان بین شروع تماس شعله و وقوع بلوی متغیر می باشد زیرا این زمان بستگی به فاکتورهای مختلف از قبیل اندازه، ماهیت شعله و خود مخزن دارد.

 

 

 

 

 

 

 

اختلاف گاز و بخار قابل اشتعال :

بخار، ذرات جدا شده از سطح جامد یا مایع می باشد و برای مایع کردن آن فقط افزایش فشار کافی است. اما برای مایع کردن گاز همراه افزایش فشار، کاهش دما نیز لازم می باشد.

 

گرمای احتراق : گرمایی است که در اثر سوختن یک گرم از جسم تولید می گردد.

 

فشار بخار : فشار اعمال شده به وسیله بخارات مولکولهای جدا شده از سطح مایع یا جامد در نقطه تعادل، فشار بخار نامیده می شود.

 

دمای بحرانی : برای هر گاز یا بخار دمایی وجود دارد که بالاتر از آن یک گاز یا بخار را نمی توان تنها با فشار به مایع تبدیل نمود . بالاتر از دمای بحرانی حرکت مولکولها به قدری شدید است که نیروهای بین مولکولی نمی تواند مولکول را مایع نگهدارد.

 

.

 

 

فشار بحرانی : فشار لازم جهت مایع نمودن گاز یا بخار در درجه حرارت بحرانی را گویند.

نقطه جوش : دمایی است که فشار بخار برابر فشار جو گردد.