آنچه باید درباره آتش بدانیم

آنچه باید درباره آتش بدانیم

برای پیشگیری از آتش سوزی و مهار آن بعد از اینکه ایجاد شد، دانستن خصوصیات شیمیایی و فیزیکی آتش اهمیت زیادی دارد‌. شیمی آتش شامل راه هایی می شود که از طریق آنها حریق ایجاد شده و در سطح مولکولی ماده سوختی ادامه می یابد. جنبه های فیزیکی آتش شامل خصوصیات حرارتی، روش های انتقال حرارت و روش خاموش شدن آتش می باشد. از آنجایی که آتش یک واکنش شیمیایی است، تنها دانستن اینکه چه مواد خطرناکی در معرض آتش سوزی هستند اهمیت ندارد، بلکه بسیار مهم است در مورد محصولات ناشی از فرآیند احتراق که گاهی خطرناک تر از خود مواد دخیل در آتش سوزی هستند نیز به اندازه کافی اطلاعات داشته باشیم.

آتش

مربع یا هرم آتش چیست؟

هرم آتش

برای سالهای طولانی، اعتقاد بر این بود که فرآیند حریق باید توسط مفهومی که مثلث آتش نامیده می شد شرح داده شود. این مفهوم نشان می داد برای اینکه آتش ایجاد شده و ادامه یابد به سه عنصر نیاز است: اکسیژن، حرارت یا یک منبع انرژی و سوخت. در سالهای اخیر، مثلث آتش جای خود را به هرم آتش داده است. در این مفهوم، یک عنصر دیگر به عناصر مذکور اضافه شده که تحت عنوان واکنش زنجیره ای شیمیایی شناخته می شود.

اکسیژن در هرم آتش

در مورد اکسیژن، هوا رایج ترین منبع اکسیژن بوده و دارای ۲۱ درصد اکسیژن می باشد. لازم به ذکر است که منابع اکسیژن می تواند شامل اکسید کننده ها نیز بشود. اکسید کننده ها موادی هستند که در یک واکنش شیمیایی، الکترون را از ماده سوختی گرفته و در زمان احتراق اکسیژن آزاد می کنند. نمونه های مواد اکسید کننده رایج شامل فلوئور، کلر، پراکسید هیدروژن، اسید نیتریک، اسید سولفوریک و اسید هیدروفلوئوریک می باشند.

حرارت یا منبع انرژی در هرم آتش

در ساده ترین حالت، منبع انرژی که دمای ماده را به نقطه اشتعال آن برساند، بعنوان منبع حرارت یا منبع اشتعال در هرم آتش شناخته می شود. از جمله منابع حرارت یا اشتعال در مشاغل صنعتی می توان به جریان الکتریکی اضافی، تجهیزات گرمایشی، شعله ها، جرقه ها و رعد و برق اشاره کرد. هنگامی که در مورد منابع انرژی یا گرما بحث می شود، مفهومی که دارای اهمیت است نقطه اشتعال می باشد که به حداقل حرارت مورد نیاز برای شروع آتش گرفتن یک ماده گفته می شود. از جمله نمونه های نقطه اشتعال مواد رایج موجود در ساختمان ها می توان به تخته سه لایه (۳۹۰ درجه سانتیگراد)، فرش (۴۱۲ درجه سانتیگراد) و آسفالت (۳۸۰ درجه سانتیگراد) اشاره کرد.

عوامل موثر بر دمای اشتعال مواد کدامند؟

دمای اشتعال می تواند متنوع باشد. یکی از عوامل موثر در دمای اشتعال، اکسیژن هوا است که هرچه سطح اکسیژن بیشتر باشد، دمای اشتعال کمتر می شود. سرعت افزایش دما، مدت زمان حرارت و شکل و اندازه ماده نیز بر دمای اشتعال ماده تاثیر گذار هستند. یک مثال ساده در مورد اینکه چگونه دمای اشتعال ماده قابل اشتعال تحت تاثیر شکل و اندازه قرار می گیرد، چوب است. تراشه های چوب نسبت به یک کنده درخت در درجه حرارت پایین تری آتش می گیرند که این امر به دلیل شکل و اندازه متفاوت آنها می باشد. لازم به ذکر است که احتراق خود به خودی هنگامی می تواند ایجاد شود که منبع احتراق به آهستگی اکسیده شده و مقدار محدودی گرما از دست می دهد و به تدریج حرارتی بالاتر از دمای اشتعال ماده تولید می کند‌.

سوخت در هرم آتش

سومین عنصر هرم آتش سوخت است. بیشتر آتش ها شامل یک سوخت هستند که حاوی کربن و هیدروژن می باشد. بعنوان مثال می توان از چوب، کاغذ، مایعات و گازهای قابل اشتعال نام برد. از جمله سوخت های بالقوه دیگر می توان به فلزات قابل اشتعال نظیر آلومنیوم و منیزیوم اشاره کرد.

انواع سوخت کدامند؟

برای اهداف خاموش کردن آتش، سوختها به صورت زیر دسته بندی می شوند:

کلاس A: مواد بر پایه کربن مانند چوب و کاغذ.

کلاس B: گازها و مایعات قابل اشتعال.

کلاس C: مواد قابل اشتعال در جایی که جریان الکتریسیته ممکن است وجود داشته باشد.

کلاس D: فلزات قابل اشتعال نظیر آلومینیوم، منیزیوم، تیتانیوم و زیرکونیوم.

کلاس K: مایعات پخت و پز نظیر روغن سرخ کردنی.

هر دسته بندی سوخت دارای نماد منحصر به فرد است. کپسول های آتش نشانی نمونه هایی از تجهیزاتی هستند که این نمادهای دسته بندی انواع سوخت بر روی آنها درج می شود. برای مشاهده نماد انواع مواد سوختی به مقاله چگونه کپسول آتش نشانی مناسب را انتخاب کنیم مراجعه نمایید.

واکنش زنجیره ای شیمیایی در هرم آتش

چهارمین و آخرین عنصر هرم آتش، واکنش زنجیره ای شیمیایی می باشد. این واکنش زنجیره ای شیمیایی هنگامی که سوخت توسط حرارت تجزیه می شود در داخل خود ماده سوختی اتفاق می افتد. در این حالت رادیکال های آزاد واکنش دهنده تولید می شوند که سپس با ماده اکسید کننده ترکیب می شوند.

احتراق چیست؟

احتراق را می توان بعنوان یک واکنش شیمیایی حرارت زا بین مقداری ماده سوختی و اکسیژن تعریف کرد. احتراق از واکنش های زنجیره ای شامل اتم های هیدروژن آزاد (H2)، رادیکالهای آزاد هیدروکسیل (OH) و مولکول های آزاد اکسیژن تشکیل شده است. ترکیب شدن هیدروژن و اکسیژن باعث تشکیل شدن مولکول آب و مولکول جدید هیدروژن می شود که مجدداً از طریق ترکیب شدن با اکسیژن مولکولهای بیشتری از آب و هیدروژن تولید می شود. برای درک بهتر معنی احتراق ابتدا باید با واژه اکسیداسیون بیشتر آشنا شویم.

اکسیداسیون چیست؟

اکسیداسیون در واقع ترکیب شدن شیمایی هر ماده با یک اکسید کننده می باشد. در احتراق، انرژی ناشی از اکسیداسیون به شکل گرما و نور آزاد می شود. سرعت اکسیداسیون متنوع باعث آزادسازی مقادیر متنوعی از حرارت و یا نور می شود. در واقع هرچه سرعت اکسیداسیون بیشتر باشد، مقدار بیشتری حرارت آزاد شده و در صورتی که این حرارت باعث اشتعال گردد، نور نیز به همراه خواهد داشت. بعنوان مثال زنگ زدن آهن یک واکنش اکسیداسیون است که با سرعت بسیار پایینی انجام می شود و در نتیجه گرمایی که تولید می کند بسیار کمتر از مقداری است که آزاد می شود. در واقع تفاوت زنگ زدن با احتراق در این است که در احتراق به دلیل سرعت بالای اکسیداسیون، میزان حرارت تولید شده بسیار بیشتر از مقدار حرارتی است که از دست می رود و در نتیجه دمای ماده به بالای نقطه اشتعال آن می رسد.

عوامل موثر بر سرعت احتراق مواد

سرعت احتراق گازها، مایعات و جامدات به فاکتورهای متعددی وابسته است. در مورد جامدات، سرعت احتراق اصولا بر اساس اندازه ذرات جامع متنوع است و هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، سرعت احتراق بیشتر خواهد بود. در مورد مایعات قابل اشتعال، سرعت احتراق بسته به اینکه درون مخزن ثابت باشد، جریان داشته و یا به صورت اسپری یا کف باشد متفاوت خواهد بود. در ارتباط با گازهای قابل اشتعال، سرعت احتراق بر اساس اینکه چه مقدار از گاز قبل از احتراق با هوا ترکیب شود و همچنین بسته به درجه جابجایی و تلاطم گازها متغیر می باشد.

محصولات اصلی ناشی از احتراق کدام اند؟

چهار محصول عمده در اثر احتراق ایجاد می شوند که شامل حرارت، دود، نور و گازهای آتش می شود. شناخت این محصولات نه تنها برای خاموش کردن آتش، بلکه برای نجات جان افراد و همچنین طراحی ساختمان ضروری می باشد. دلیل اصلی مرگ ناشی از آتش، گازهای سمی ناشی از آتش می باشد.

تأثیر حرارت بر بدن

حرارت از چندین طریق بر روی بدن تأثیر می گذارد اما دو فاکتور اصلی که اثر آن بر بدن را تعیین می کنند شامل درجه حرارت و مدت زمانی که فرد در معرض حرارت قرار می گیرد می باشد. بعنوان یک قانون کلی، افراد نباید وارد نواحی دارای دمای بالاتر از ۱۲۰ درجه فارنهایت شوند مگر اینکه توسط تجهیزات ویژه محافظت شوند. قرار گرفتن در معرض حرارت زیاد باعث افزایش ضربان قلب، کم آب شدن بدن، خستگی، سوختن و حتی مسدود شدن نواحی فوقانی دستگاه تنفس می شود.

تأثیر دود بر بدن

دومین محصول ناشی از احتراق دود است. دود به ذرات جامد و مایع و گازهای ناشی از احتراق که در هوا معلق هستند گفته می شود. دود عامل اصلی تلفات ناشی از آتش بوده و باعث ۵۰ تا ۷۵ درصد تلفات می شود. دود باعث کاهش بینایی و تحریک چشم ها و ریه ها شده و در بسیاری از موارد، گازهای موجود در دود کشنده می باشند. علاوه بر سمی بودن دود، مهم است که اثر آن بر بینایی نیز مد نظر قرار گیرد. دود باعث کاهش عبور نور شده و با کاهش دادن قدرت بینایی فرد ممکن مانع از دیده شدن خروجی ها شده و از فرار افراد از محل آتش سوزی جلوگیری کند. افزایش مقادیر دود و ممانعت از دیده شدن خروجی ها بسیار سریع اتفاق افتاده و در اغلب موارد بعنوان اولین خطر آتش شناخته می شود. علاوه بر این، سوزش چشم ها که به غلظت مواد محرک موجود در دود بستگی دارد، می تواند بر کاهش قدرت بینایی فردی که تلاش دارد از آتش سوزی بگریزد تاثیر گذار باشد.

تاثیر گازهای آتش بر بدن

مقدار و نوع گازهای آتش بر اساس ترکیب شیمیایی ماده در حال سوختن، مقدار اکسیژن، درجه حرارت و امکان مخلوط شدن ذرات و گازها و در نتیجه ایجاد اثر همکوشی در آنها، متفاوت خواهد بود. اثرات این گازهای آتش بر بدن تحت تاثیر غلظت گازها، مدت زمان قرار گرفتن در معرض گازها و وضعیت فیزیکی شخص قرار می گیرد. در وضعیت آتش سوزی، گاز مونوکسید کربن در مقادیر زیاد (۵ تا ۶ درصد حجمی) تولید می شود. مونوکسید کربن از طریق ایجاد کربوکسی هموگلوبین در خون بسیار سمی می باشد. اثرات گاز مونوکسید کربن در غلظت های حدود ۱۰۰۰ قسمت در میلیون (ppm) شروع شده و باعث احساس سردرد می شود. غلطتهای بالای ۴۰۰۰ قسمت در میلیون مونوکسید کربن در کمتر از ۱ ساعت باعث مرگ می شوند.

گاز دیگری که در طول آتش سوزی تولید می شود، دی اکسید کربن است. دی اکسید کربن چندان سمی نیست و در شرایط نرمال بعنوان یک عامل سمی داخل دود شناخته نمی شود اما این گاز باعث افزایش سرعت و عمق تنفس شده و از این طریق باعث افزایش ورود گازهایی نظیر مونوکسید کربن و در نتیجه تولید مقادیر بیشتری کربوکسی هموگلوبین در خون می شود.

اشتعال مواد حاوی پیوندهای نیتروژنی نظیر پشم و ابریشم، منجر به آزادسازی سیانید هیدروژن (HCN) می شود. مقدار HCN آزاد شده وابسته به حرارت بوده و با افزایش حرارت مقادیر بیشتری از آن تولید می شود. سیانید هیدروژن مانع از استفاده سلول ها از اکسیژن شده (وضعیتی که به آن Histoxic hypoxia گفته می شود) و از این طریق سمی بوده و باعث کمبود اکسیژن در بدن می شود. سطوح ۱۳۵ قسمت در میلیون (ppm) سیانید هیدروژن در عرض ۳۰ دقیقه باعث مرگ می شود. لازم به ذکر است که در طول زمان احتراق، اکسیژن مصرف شده و کمبود اکسیژن هوا در این شرایط وضعیت سمی بودن دود را بدتر خواهد کرد. غلظت عادی اکسیژن هوا ۲۱ درصد است و در غلظت کمتر از ۱۷ درصد، قدرت کنترل عضلات کاهش می یابد. 

انفجار چیست؟

انفجار

به افزایش حجم ناگهانی که با آزادسازی مقادیر زیاد حرارت و گازها همراه است انفجار گفته می شود. تفاوت اصلی بین آتش و انفجار در سرعت آزادسازی انرژی است. منابع انفجار در صنعت شامل سوخت ها، بخار مایعات اشتعال پذیر، بخار محبوس شده، نشت گاز، ترکیدن مخازن تحت فشار و تجزیه مواد ناپایدار می باشد. در صورتی که سرعت انفجار بالا باشد می تواند با ایجاد صدا و موج انفجار همراه باشد.

تفاوت حرارت و درجه حرارت چیست؟

درجه حرارت

لازم است که بین حرارت و درجه حرارت تمایز قائل شد. حرارت یا دما به جریان انرژی بین دو ماده به دلیل اختلاف درجه حرارت (دمای) آنها گفته می شود اما درجه حرارت کمیتی است که هنگامی که دو جسم در تعادل گرمایی هستند تعیین می شود و بیانگر میزان گرم بودن یک ماده است. واحدهای رایج اندازه گیری درجه حرارت عبارتند از:

سلسیوس (C): آب در صفر درجه سلسیوس منجمد شده و در ۱۰۰ درجه سلسیوس به جوش می آید.

فارنهایت (F): آب در ۳۲ درجه فارنهایت منجمد شده و در ۲۱۲ درجه فارنهایت به جوش می آید.

کلوین (K): صفر درجه کلوین برابر است با ۲۷۳/۱۵- درجه سلسیوس یا ۴۵۹/۶۷- درجه فارنهایت (که بعنوان صفر مطلق شناخته می شود).

واحدهای رایج حرارت عبارتند از:

ژول (J): مقدار انرژی لازم برای جابجایی یک جسم با نیروی یک نیوتون و مسافت یک متر است. در تعریف دیگر، یک ژول معادل مقدار انرژی حرارتی برای تولید توان یک وات به مدت یک ثانیه است.

کالری (Cal): مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش دمای یک گرم آب به میزان یک درجه سانتیگراد (سلسیوس) است.

واحد گرمایی انگلیسی (Btu): مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش دمای یک پوند آب به میزان یک درجه فارنهایت.

هنگامی که یک ماده وارد یک واکنش شیمیایی اکسیداسیون مانند احتراق می شود، حرارت آزاد می کند. در مقیاس اتمی، حرارت جابجایی اتم ها و مولکول های داخل ماده است و هنگامی که درجه حرارت افزایش می یابد، لرزش مولکول ها نیز افزایش می یابد.

گرمای ویژه چیست؟

از منظر خاموش کردن آتش، مفهوم مهم دیگری که با گرما مرتبط است، گرمای ویژه می باشد. گرمای ویژه را می توان بعنوان ظرفیت حرارتی به ازاء واحد جرم تعریف کرد و در سیستم متریک، گرمای ویژه مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش دمای یک کیلوگرم ماده به میزان یک درجه کلوین است. برای اهداف خاموش کردن آتش، داشتن یک ماده با گرمای ویژه بالا مطلوب است تا مقادیر زیادی حرارت را از ماده در حال سوختن جذب کرده و دمای آنرا به زیر نقطعه اشتعال آن ماده برساند. در میان بسیاری از مواد، آب دارای گرمای ویژه بالایی بوده و برای استفاده در آتش نشانی گزینه بسیار مناسبی است.

دمای احتراق چیست؟

مقدار حرارت آزاد شده از آتش در یک زمان معین، بر اساس دمای احتراق ماده متفاوت می باشد. دمای احتراق را می توان بعنوان انرژی آزاد شده ناشی از سوختن واحد جرم یک ماده تعریف کرد. این مفهوم اهمیت زیادی دارد زیرا مقدار حرارت آزاد شده می تواند بر گسترش آتش، خاموش کردن آتش و نجات جان افراد تاثیر داشته باشد. واحد دمای احتراق، کیلوژول بر گرم (Kj/g) می باشد. بعنوان چند نمونه از دمای احتراق مواد رایج می توان به چوب (۱۶ الی ۱۹ کیلوژول بر گرم)، مایعات قابل اشتعال (۲۰ الی ۴۵ کیلوژول بر گرم) و گازهای قابل اشتعال (۱۰ الی ۱۲ کیلوژول بر گرم) اشاره کرد.

دسته ها: وبلاگ

دیدگاه های بازدیدکنندگان

علیرضا جمالی 14 آذر 1396 - 20:57

سلام
مقاله پر محتوایی بود ممنون از قلم خوبتون.

دیدگاه خود را بنویسید

دیدگاه پس از تائید مدیریت منتشر می شود.