در این مقاله آتشران تعاریفی چون احتراق (احتراق چیست)، شعله، درجه حرارت اشتعال (اشتعال یعنی چه) و چند مورد دیگر را بررسی خواهیم کرد. این تعاریف به ما کمک می‌کند تا در هنگام مواجهه با آتش یا برای تهیه لوازم ایمنی و آتش نشانی آگاهی بیشتری داشته باشیم. فرض کنیم در یک کارگاه تولیدی داریم که در آن مواد سوختی و انواع حلال های شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند اگر بدانیم که مثلا حدود اشتعال یا انفجار چیست می‌توانیم در خرید لوازم آتش نشانی مورد نیاز خود دقت بیشتری به خرج دهیم یا مثلا جعبه آتش نشانی و کپسول های آتش نشانی را در نقاط مناسب نصب کنیم.
این موارد حتی در هنگام ساخت و تجهیز یک مکان هم کاربرد دارند. به همین جهت در انتهای این مقاله آتشران جدولی که حاوی اطلاعات دامنه یا پهنه اشتعال یا انفجار بعضی از مواد مانند نقطه اشتعال بنزین هست را آورده‌ایم.
احتراق چیست؟ (تعریف سوختن یا احتراق)
احتراق به چه معناست؟ در پاسخ باید بگوییم عبارت است از ترکیب یک ماده قابل سوخت با اکسیژن و در نتیجه مقداری از مولکول‌ها به مولکول‌های دیگر و اتم‌های سازنده خود تبدیل می‌گردند و در حقیقت احتراق یک واکنش اکسیداسیون حرارت زا می‌باشد.
تعریف آتش و مراحل احتراق در آتش نشانی
مراحل احتراق یا چگونگی سوختن یک ماده همیشه یکسان و یک شکل نیست. سوخت های مختلف نیز هر یک با مشخصات 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 غالبا تا حدودی ثابت می ماند و پس از کم شدن مقدار سوخت، سیر نزولی را طی می کند. مهم اینجاست که بالا رفتن درجه حرارت به مقدار سوخت بستگی ندارد و تابع شرایط فیزیکی و شیمیایی آن است.
مرحله ای که آتش رشد می یابد مقطعی حساس است و از لحاظ به کار گیری 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 ماموران آتش نشانی هدر نرود. برای این موضوع حتما باید ساختمان و یا کارخانه اقدام به خرید سیستم اعلام حریق مجهز کرده باشد.
مراحل احتراق
حال به مرور مراحل مختلف احتراق می پردازیم:
- مرحله 1، اشتعال اولیه: در این لحظه آتش بروز کرده است.
- مرحله 2، رشد آتش: این مرحله از چند دقیقه تا چند ساعت ممکن است متفاوت باشد در اوایل این مرحله معمولا سوخت کن می سوزد و تولید دود و گاز می کند.
- مرحله 3، پیشروی شعله: در این مرحله آتش به اغلب مواد سوختنی سرایت کرده و درجه حرارت سریعا افزایش می یابد.
- مرحله 4، اوج احتراق: آتش به حداکثر شدت خود رسیده و مواد سوختنی به راحتی در حال احتراق هستند.
- مرحله 5، پس نشینی: سوخت کاهش یافته و در حال از بین رفتن می باشد حجم آتش کم کم کاهش می یابد.
- مرحله 6، نیمه سوختن و دود کردن: زنجیره واکنش های خودکار احتراق در حال از هم گسیختن است.
- مرحله 7، خاموشی: در این لحظه آتش خاموش شده است.
تعریف سرعت سوختن در آتش نشانی
اتش چه نوع انرژی دارد؟
امروزه بیش از 90% انرژی مصرفی جهان از راه احتراق فراهم می شود. پدیده های احتراق، از برهم کنش فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی ناشی می شوند. هر واکنشی احتراقی دو سازنده دارد یکی سوخت و دیگری اکسنده نام دارد. مولکول های سوخت در اثر تشعشعات انرژی حرارتی شکسته شده و با اکسیژن ترکیب می گردند. تشکیل مولکول های جدید کوچکتر باعث آزاد شدن انرژی به صورت نور و گرما می شود که این انرژی، خود انرژی اولیه شکست مولکول های بعدی سوخت و در نهایت ادامه آتش سوزی می گردد.
- سوختن آرام: در ظرف بسته ای که در آن مواد سوختی و اکسیژن پیش آمیخته در حالت گازی به آرامی گرم شوند. چنان چه دمای سیستم از اندازه معینی بالاتر نرود. گرمای آزاد شده در واکنش شیمیایی از راه دیواره های ظرف هدر می رود تا به پایان برسد. این نوع سوختن فقط برای شیمیدانان جالب است.
- سوختن سرعت متوسط: با گذشتن دما از یک حد بحرانی معینی، سرعت متوسط واکنش ها و آزاد شدن انرژی در واکنش شیمیایی، از سرعت هدر رفتن گرما بیشتر می شود. لذا در محیط نور و حرارت خواهیم داشت.
- سوختن با سرعت تند: اگر در کسری از ثانیه، مولکول های سوخت که به صورت گازی یا بخار با اکسیژن مخلوط شده اند به صورت یکنواخت واکنش دهند که ایجاد نور، حرارت و تراک نماید انفجار گویند. این نوع انفجار را انفجار ناشی از احتراق گویند.
سوختن (با شعله- بی شعله)
سوختن اکثر مواد یک واکنش اکسیداسیون حرارت زا (اگزوترمیک) بوده و انرژی حاصل از واکنش به صورت گرما آزاد شده که شامل ترکیبات تشعشع کننده و هدایت کننده (گازهای داغ) می باشد. اگر انرژی آزاد شده از ترکیبات تشعشع کننده در طیف مرئی قرار داشته باشد، شعله خواهیم داشت و به بیان دیگر عمل احتراق وقتی با شعله همراه است که واکنش اکسیداسیون سریع باشد و همچنین عنصری که با اکسیژن ترکیب می شود به بخار تبدیل شده باشد و در غیر این صورت شعله نخواهیم داشت.
همچنین پدیده درخشندگی ممکن است به عنوان شعله سرد (cold Flame) تلقی گردد و این عمل در حرارت های پایین صورت می پزیرد. مثال اکسیداسیون فسفر زرد را می توان ذکر کرد و همچنین اگر کمی اتر را بر روی صفحه آهنی داغ بریزیم عمل اشتعال صورت نگرفته، بلکه پرتو افکنی سبز رنگ در اتاق مشهود خواهد بود.
تعریف احتراق کامل و ناقص
احتراق کامل هنگامی است که تمام عناصر موجود در سوخت با بالاترین حد اکسیداسیون خود برسند ولی اگر مقداری از مواد قابل اکسید شدن در سوخت باقی بماند یا همراه دود برده شوند احتراق ناقص صورت گرفته است و در این حالت مقداری انرژی تلف شده است.
در صورتی که بخواهیم احتراق کامل صورت پذیرد شرایط زیر باید فراهم باشد:
اکسیژن به مقدار کافی جهت سوختن فراهم باشد. برای سوختن کامل باید مقدار هوای موجود بیش از هوای لازم تئوری باشد و این مقدار اضافی برای سوخت های مختلف متفاوت بوده و بستگی به نوع و جنس و ابعاد سوخت دارد. جهت سوخت های جامد مقدار هوای اضافی لازم 40 تا 50 درصد، برای سوخت های مایع 8 تا 15 درصد و برای سوخت های گازی صفر تا 5 درصد است.
ماده قابل سوخت باید به خوبی با اکسیژن مخلوط گردد. گازها و بخارات با هوا به خوبی مخلوط می شوند و به همین علت اگر شعله ای را به گاز و هوا نزدیک کنیم احتمال دارد تمام مخلوط مشتعل یا منفجر گردد.
مایعات به آسانی گازها نمی سوزند محترق نمی شوند، زیرا هوا نمی تواند در ذرات آن ها کاملا نفوذ نماید، ولی اگر مایع را در اثر فشار به صورت پودر در آوریم، با هوا مخلوط شده و مانند گازها به خوبی می سوزد.
اجسام جامد فقط در حالتی به سهولت می سوزند که به صورت قطعات کوچک باشند، یعنی سطح های آن ها با اکسیژن هوا بیشتر باشد و اگر سوخت جامد را به صورت پودر در آورده و با فشار در هوا پخش کنیم احتراق به راحتی انجام می شود، چنان چه شمش آلومینیم یا روی و دیگر فلزات به راحتی آتش نمی گیرند، در صورتی که پودر این فلزات به راحتی قابل اشتعال می باشد. انفجار سیلوهای گندم نمونه ای از این موارد است.
ارتفاع شعله
ارتفاع شعله تابع مقدار تولید مولکول آزاد از سطح ماده سوخت می باشد. هر چه مقدار تولید بیشتر و سریع تر صورت گیرد مولکول ها ناچار باید مسافت بیشتری طی کنند تا خود را به اکسیژن هوا برسانند، لذا ارتفاع شعله بالا می رود. در سوخت های مایع این میزان بسیار زیاد است. در چوب کم تر و در ذغال به حداقل می رسد و در فلزات غیر محسوس است.
مسئله تهیه اکسیژن باعث می شود تا ماده قابل احتراق و فرار برای تهیه اکسیژن به مناطقی دور از منبع خود زبانه بکشد که در نتیجه سبب تشکیل شعله ای بلند می گردد.
چند تعریف دیگر:
فشار بخار: فشار اعمال شده به وسیله بخارات مولکول های 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 مولکول ها به قدری شدید است که نیروی های 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.
شرکت آتشران در تلاش است تا در راستای اهداف خود مبنی بر آموزش هرچه بیشتر برای ایمنی بیشتر در حوزه آتش نشانی و اطفا حریق مطالب مفیدی را در اختیار شما کاربران گرامی قرار دهد.
تعریف آتش یا همان شعله
درباره این که شعله آتش چیست باید بگوییم یک واکنش شیمیایی بین ماده سوختنی و اکسیژن است که برای انجام سریع آن به مقدار معینی حرارت نیاز می‌باشد. ماهیت واقعی انتشار شعله کاملا درک نشده است. شعله‌ها ساختارهای متغیر و گوناگونی دارند که به نوع گاز یا بخاری که می‌سوزد بستگی دارد. مناطق مختلف شعله، غالبا به وسیله نوعی از واکنش‌ها که در هر منطقه ادامه دارد، مشخص می‌شوند. اغلب شعله ها نیازمند اکسیژن هستند.
شعله وری: یک مخلوط سوختنی اکسیدی که انرژی کافی ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد که شعله به ناحیه آتش نگرفته گسترش یابد شعله وری نامیده می‌شود.
درجه حرارت اشتعال چیست؟
نقطه شعله زنی چیست: 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 می‌باشد.
نقطه آتش: پایین‌ترین 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 گونه‌ای که حرارت ایجاد شده از احتراق بخار مشتعل، توان تولید بخار کافی جهت ادامه احتراق داشته باشد.
درجه حرارت خودسوزی: پایین ترین درجه حرارتی است که در آن ماده به خودی خود مشتعل می‌شود؛ 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 می‌نمایند.
احتراق خود به خود (خودسوزی): برخی از مواد خصوصا 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.
تاثیر باکتری روی بعضی مواد آلی سبب افزایش درجه حرارت آنها می‌شود و برخی مواقع احتراق صورت می‌گیرد. احتراق در روغن هایی که در صنعت نساجی به کار می‌روند یا در انبارهای علوفه و زغال که بدیهی است عایق حرارتی عامل مهمی در این نوع احتراق می باشد. حلقه اتصال عرضی اتم ها خصوصا در پلاستیک- Cross Linking در مولکول های جسم مرکب که در برخی از پلاستیک ها موجود است می‌تواند منجر به شعله وری خود به خود گردد.
درجه حرارت اشتعال به چه عواملی بستگی دارد؟
- درصد بخارات تولید شده از ماده قابل اشتعال در محیط (فشار بخار)
- مقدار درصد اکسیژن موجود در محیط.
- نوع منبع آتش زنه و مدت زمانی که جسم قابل اشتعال در مجاورت آن منبع قرار داشته است.
- شکل و حجم محلی که بخارات در آن قرار دارد (فشار محیط).
- وجود کاتالیزور واکنش در محیط (تسریع 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 میگردد که با هوای کافی مخلوط شده و نسبت قابل اشتعال یا انفجار را به وجود آورده باشد. این قابلیت بستگی به درصد اختلاط آن با هوا دارد. اگر سوخت خیلی زیاد یا خیلی کمک 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 خود را بالاترین یا پایین ترین حد قابلیت اشتعال مینامند.
پایین‌ترین حد اشتعال یا انفجار عبارت است از کم ترین 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 شماره 1 حدود اشتعال یا انفجار برخی از گاز ها را نشان می‌دهد.
اختلاف گاز و بخار قابل اشتعال
بخار ذرات کنده 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 می‌باشد.
فشار بخار: فشار اعمال شده به وسیله بخارات مولکول های جدا شده از سطح مایع یا جامد در نقطه تعادل، فشار بخار نامیده می‌شود.
نقطه جوش: دمایی است که فشار بخار برابر فشار جو گردد.
دامنه یا پهنه اشتعال یا انفجار بعضی از مواد:
| ردیف | نام ماده | حد پایین | حد بالا |
|---|---|---|---|
| 1 | استون (حلال) | 2.5 | 13 |
| 2 | استیلن (گاز) | 2.5 | – |
| 3 | اتیل استات (نرمال) | 1.1 | – |
| 4 | اتیل الکل (نرمال) | 1.2 | – |
| 5 | بنزن | 1.4 | 8 |
| 6 | بنزین (اتر نفت) | 1.1 | 8.4 |
| 7 | بوتان (نرمال) | 1.5 | 9 |
| 8 | ایزوبوتان | 1.6 | 8.5 |
| 9 | بوتیل الکل (نرمال) | 1.7 | – |
| 10 | کاربن دی سولفاید | 1 | 50 |
| 11 | منو اکسید کربن | 12.5 | 74.2 |
| 12 | دی کلرواتیلن 1.1 | 5.6 | 11.4 |
| 13 | دی کلرواتیلن 1.2 | 9.7 | 12.8 |
| 14 | اتان | 3.5 | 15 |
| 15 | اتیل الکل | 3.28 | 19 |
| 16 | اتیل گلیکول | 3.2 | – |
| 17 | گاز طبیعی | 4.8 | 13.5 |
| 18 | گاز نفت کوره | 6 | 13.5 |
| 19 | بنزین | 1.3 | 6 |
| 20 | هگزان (نرمال) | 1.25 | 7.5 |
| 21 | هیدروژن | 1.4 | 74 |
| 22 | هیدروژن سولفاید | 3.4 | 45.5 |
| 23 | نفت سفید | 0.7 | 5 |
| 24 | متان | 5.3 | 15 |
| 25 | متیل الکل | 6 | 36.5 |
| 26 | دی اتیل اتر | 1.7 | 48 |
| 27 | اتیل استات | 2.8 | 11.5 |
| 28 | اتیل دی کلوراید | 6.2 | 15.9 |
| 29 | اکتان نرمال | 0.84 | 3.2 |
| 30 | اتر نفت | 1.4 | 5.9 |
| 31 | پروپان | 2.4 | 9.5 |
| 32 | الکل ایزوپروپیل | 2.5 | – |
| 33 | تولوئن | 1.27 | 7 |
| 34 | تربانتین | 0.8 | – |
| 35 | پیریدین | 1.8 | 12.4 |
| 36 | گاز طبیعی (شهری) | 0.5 | 15 |
| 37 | گاز مایع (بوتان و پروپان) | 1 | 10 |
شرکت آتشران تولید کننده انواع جعبه های آتش نشانی با ابعاد استاندارد و سفارشی با قیمت غیر قابل رقابت
١٨٨٨ ٨٨٦٨ (خط ویژه)
