A tűz keletkezése és fejlődése

TŰZVIZSGÁLAT

ft

Az NFPA 921 ’Útmutató a tűz- és robbanásvizsgálathoz’ c. szabvány alapján

3. rész

K

A tűz keletkezése és fejlődése

©

PR

O M

A

TT

Oktatói útmutató

National Fire Protection Association An Internal Codes and Standards Organisation

Fordítás: Promatt Elektronika

Tűzvizsgálat: A tűz keletkezése és fejlődése TŰZVIZSGÁLAT Az NFPA 921 ’Útmutató a tűz- és robbanásvizsgálathoz’ c. szabvány alapján

3. rész

A tűz keletkezése és fejlődése Oktatói útmutató Tartalomjegyzék

©

PR

O M

A

TT

K

ft

Bevezetés ....................................................................................................................................................................................... 3 Miért kell vizsgálni? .................................................................................................................................................................. 3 A tűz tudománya ........................................................................................................................................................................ 3 A spontán melegedés (self-heating) és az öngyulladás .......................................................................................................... 4 A tűz fejlődése ........................................................................................................................................................................... 4 Az oktató szerepe........................................................................................................................................................................... 5 Előadói gyakorlat ....................................................................................................................................................................... 5 A tanfolyam menete....................................................................................................................................................................... 5 A tanfolyam célkitűzései................................................................................................................................................................ 6 Ismeret-felmérő kérdéscsoport....................................................................................................................................................... 6 Ismeret-felmérő kérdések............................................................................................................................................................... 8 A tűz keletkezése és fejlődése...................................................................................................................................................... 10 Megvitatandó kérdések ................................................................................................................................................................ 13 Tantermi tevékenységek .............................................................................................................................................................. 14 Ellenőrző kérdéscsoport............................................................................................................................................................... 15 Ellenőrző kérdések....................................................................................................................................................................... 16 A függelék: Égéstermékek .......................................................................................................................................................... 17 Az égéstermékek.................................................................................................................................................................. 17 A füst és a korom ................................................................................................................................................................. 17 Tiszta égés............................................................................................................................................................................ 17 B függelék: Éghető folyadékok és gázok tűzveszélyességi jellemzői......................................................................................... 18 C függelék: A hőterjedés ............................................................................................................................................................ 19 Hőterjedés ............................................................................................................................................................................ 19 Hővezetés............................................................................................................................................................................. 19 Hőáramlás ............................................................................................................................................................................ 20 Hősugárzás........................................................................................................................................................................... 20 D függelék: Helyiségtüzek és a belobbanás (flashover) ............................................................................................................. 21

-2-

Promatt Elektronika

Tűzvizsgálat: A tűz keletkezése és fejlődése

Bevezetés

Miért kell vizsgálni?

A tűz egy összetett kémiai folyamat, mely során láng, hő és fény keletkezik. A tűzvizsgálónak meg kell értenie a tűz alapvető fizikáját és kémiáját, hogy tudományos elveken alapuló véleményt formálhasson. Az oxidáció során az éghető anyag atomjai kémiai kötést alkotnak az oxigénnel. Az oxigén elsődleges forrása általában a légkör, mely 21% oxigént tartalmaz. A tűz kritikus összetevője az oxigén, mivel alapvetően szükséges az égéshez. Legalább 14-16% oxigén koncentráció szükséges a lángoló égés fennmaradásához, bár nagyon magas hőmérsékleteken ennél kevesebb is elegendő lehet. Az oxigénellátást megszüntetve a legtöbb tűz kialszik. Bizonyos típusú égéseket más oxidáló anyagok (pl. ammónium-nitrát) is táplálhatnak, de a legtöbb tüzet a normál környezeti levegő tartja fenn. Az éghető anyag bármely fizikai formában jelen lehet: gáz, folyadék vagy szilárd. A szilárd anyagok molekuláit, környezeti hőmérsékleten, erős molekuláris erők tartják össze egy fix háromdimenziós formában. A szilárd anyagoknak ezért fix formájuk és térfogatuk van. A folyékony anyagok molekuláit, környezeti hőmérsékleten, kisebb molekuláris erők kapcsolják össze, így ezeknek fix térfogatuk, de változó háromdimenziós alakjuk van. A környezeti hőmérsékleten levő gázok molekuláit nagyon gyenge erők tartják össze, így a gázok könnyen kitöltik a rendelkezésükre álló teret. Az éghető anyag fizikai állapota szoros kapcsolatban van a hőmérséklettel és a nyomással, s ahogy a feltételek változnak, a fizikai állapot is változhat. Igen magas hőmérsékleten a szilárd anyagok cseppfolyósodhatnak, és mind a szilárd, mind a folyékony anyagok gőzöket bocsáthatnak ki. Magas nyomás alatt a gázok folyékonnyá válhatnak. A szilárd és folyékony anyagokat az égésükhöz annyira fel kell melegíteni, hogy gőzöket bocsássanak ki. Valójában ezek a gőzök égnek. A lobbanáspont az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen valamely szilárd anyagból vagy folyadékból annyi gőz keletkezik, hogy ez a körülötte levő levegővel elegyedve, láng közelítésére az anyag egész felületére kiterjedően ellobban, de a gyújtóforrás eltávolítására az égés megszűnik. A lobbanási pont felett található a gyulladási hőmérséklet: az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen egy anyag a gyújtóforrás hatására levegő jelenlétében meggyullad és tovább ég, amit öngyulladási hőmérsékletnek is neveznek. Például a benzinnél a lobbanási pont –42,8oC, míg a gyulladási hőmérséklet +280 oC. Így tehát a benzin –42,8oC felett már elegendő gőzt termel, amely begyújtható bármely +280 oC fokos vagy annál magasabb hőmérsékletű nyílt lánggal, szikrával vagy hőforrással. A terpentinnél a lobbanási pont +35oC, míg gyulladási hőmérséklete +253 oC. Ez azt jelenti, hogy a terpentint +35 o C-ra kell melegíteni, hogy az égéshez elegendő mennyiségű gőzt tudjon kibocsátani, amit egy 253 oC-os

TT

Az Egyesült Államokban évente mintegy 2 millió tűzeset történik 8-10 milliárd dollár kárt okozva. Ezekben a tüzekben közel 5000 ember hal meg, és mintegy 100.000 sérül meg. A tűz okának pontos meghatározásán alapuló hatékony tűzvizsgálat egy fontos kiindulási pont a emberveszteség és az anyagi károk minimalizálásához. Addig nem lehet megoldani egy problémát, amíg azt nem azonosítottuk vagy definiáltuk.

A tűz tudománya

ft

Ez az Oktatói útmutató az NFPA ’A tűz keletkezése és fejlődése’ c. videójához tartozik, amely egy 6 videóból álló tűzvizsgálattal foglalkozó sorozat 3. része. A sorozat az NFPA 921 ’Útmutató a tűz- és robbanásvizsgálathoz’ c. (Guide for fire and explosion investigation) szabványon alapul. A sorozat célja, hogy segítse a hatékony tűzvizsgálat módszeres kereteinek a kialakítását.

sebesülésért. Ilyen esetekben is egy hatékony tűzvizsgálat segíthet eldönteni, hogy esetleg hibás anyag volt-e a károk oka.

K

A tűz eloltása a csatának csak egy része. Megtalálni a tűz okát legalább annyira érdekes, sőt még nehezebb is lehet. Ez a tűzvizsgáló feladata.

A

A tűzvizsgálat hozzájárulhat a véletlen tűzesetek csökkentéséhez meghatározva a veszélyes anyagok, a hibás tervezés, kivitelezés vagy a gondatlan napi gyakorlatok miatt bekövetkező tüzeket. A tűzvizsgálatokból származó információk hozzásegítenek a tüzek jobb megértéséhez, s ezek még hatékonyabb szabványok és tűzvédelmi gyakorlatok kidolgozásához vezethetnek.

O M

A szándékosan gyújtott tüzek és az általuk okozott károk az összes tűzeset negyedét teszik ki, sőt a tipikus gyújtogatások különösen pusztítóak. A költség-esemény vizsgálaton alapuló FBI statisztikák azt mutatják, hogy a gyújtogatás a legdrágább vagyon ellen elkövetett bűneset: egy gyújtogatási esemény által okozott átlagos kár nagyobb, mint egy gépkocsi lopás vagy 10-szer nagyobb, mint egy betörés vagy rablás által okozott kár.

PR

A tűzkárok gyakran szerepelnek polgári perekben. A perek tárgya lehet a tűz által emberi életekben vagy sérülésekben, az értékekben, az üzleti forgalomban okozott kár. A legtöbb ilyen per a gondatlanság állításán alapul: olyan helyzeten, amikor egy személy nem az adott körülményeknek megfelelő, indokoltan körültekintő módon viselkedik.

©

Az emberi életek és az értékek tűztől való megóvása érdekében szabványokat hoztak létre, melyek közül többet már törvénybe foglaltak. E törvények megsértése teremthet alapot a polgári felelősség vizsgálatára tűz vagy robbanás esetén. Ilyen törvénysértések esetén a bíróság a gondatlanság vagy a feltételezett gondatlanság tényállását állapíthatja meg. Egy hatékony tűzvizsgálat bebizonyíthatja, hogy törvénysértés történt-e. Számos polgári per a termékfelelősség jogi kategórián alapul. Ha bebizonyosodik, hogy egy termék indokolatlanul veszélyes vagy nem biztonságos a felhasználó számára, akkor ezért általában a gyártó a felelős. A termék tervezése vagy gyártása során lehetnek hibák vagy nem hívják fel a figyelmet a termék veszélyeire, vagy a termék nem felel meg az alkalmazandó szabványoknak, előírásoknak. Ha a gyártó a felelős, kompenzálnia kell a vevőt, a felhasználót vagy akármilyen érintettet az elszenvedett kárért vagy

Promatt Elektronika

-3-


A tűz fejlődése

TT

K

ft

A tűz fejlődése is több tényezőtől függ. Ilyenek az éghető anyag és az oxigén ellátás, de általában elmondható, hogy egy helyiségben kialakuló tűz három szakaszon megy keresztül. Az első a kezdődő tűz szakasza, mely gyulladás pillanatával indul. A lángok még csak egy adott területen találhatók, és az égés éghető anyag-szabályozott (fuel-regulated), ami azt jelenti, hogy a tüzet az éghető anyag alakja, tömege és geometriája határozza meg. A kezdődő szakaszban az oxigén tartalom a normál tartományban van, és még a normál környezeti hőmérséklet áll fenn. A forró gázok oszlopa kezd felszállni a helyiség magasabb régióiba. A gázoszlop tartalma az éppen égő anyagtól függ, de általában korom, vízpermet, kén-dioxid, szén-dioxid és nyomokban más mérgező gázok találhatók benne. Az oxigént a tűz a lángok alsó részénél szívja be. Ha a lángok fölött egy vízszintes határoló elem (pl. mennyezet) is van, akkor mind a konvekció (áramlás), mind a közvetlen lánghatás miatt a tűz felfelé és oldalirányban is terjedni fog. A második fázis a szabadon-égés (free-burning) szakasz. A tűz forrásától kiindulva a hő felfelé és kifelé konvekcióval, hővezetéssel és sugárzással terjed. A sugárzó hő a helyiség más éghető anyagait is gyulladási hőmérsékletük fölé emelheti, melynek hatására a tűz erősödik és vízszintesen is terjedni kezd. A helyiség felső részén összegyűlő forró, sűrű füstből és égésgázokból álló réteg elkezd hőt sugározni lefelé. A mennyezeti részen a hőmérséklet gyorsan nő, míg a padló körüli hőmérséklet még viszonylag alacsony. Ilyenkor az alacsonyabb részen egy rövid ideig még elviselhetők a viszonyok. A tűz intenzitásának növekedésével együtt az égésgázokkal és még éghető anyaggal telített korom rétege egyre lejjebb kerül. Ez a réteg addig telítődik, amíg egy (vagy több) benne levő éghető anyag el nem éri a gyulladási hőmérsékletét. Az átfordulás (rollover) akkor következik be, amikor a felső réteg begyulladásának hatására a tűz kiterjed a szobában a mennyezeti szinten. Az átfordulás (rollover) hatására a mennyezeti réteg hőmérséklete és a belőle lefelé sugárzott hő még nagyobb sebességgel növekszik. A lefelé sugárzott hő másodlagos tüzeket is okozhat. Ebben a szakaszban a tűz még mindig éghető anyag-szabályzott (fuel-regulated). A tűz harmadik fázisa, a belobbanás (flashover) akkor következik be, amikor a felső füst- és gázréteg hőmérséklete eléri az 593oC-ot. Ezen a hőmérsékletet a termelődő hő elegendő ahhoz, hogy a helyiségben levő minden éghető anyag egyszerre begyulladjon. A helyiség hőmérséklete a maximumán van, néhány másodpercen túl nem lehetséges a túlélés. Ha a tűz a helyiségre korlátozódik, hamarosan oxigén-szabályozottá válik (hacsak ki nem törnek az ablakok vagy a helyiség más módon nincs szellőztetve). Általános szabály, hogy a belobbanást hamarosan a helyiség teljes egészének égése követi (full room involvement).

©

PR

O M

A

vagy annál nagyobb hőmérsékletű hőforrással be lehet gyújtani. A spontán melegedés (self-heating) és az öngyulladás A spontán melegedés az a folyamat, melynek során az anyag hőmérséklete anélkül növekszik, hogy a környezetéből hőt venne fel. Egy anyag spontán melegedése a gyulladási hőmérséklete fölé öngyulladást, spontán égést eredményez. A legtöbb szerves anyag oxigénnel egyesülve hőkibocsátás mellett oxidálódik egy kritikus hőmérsékleten. A leggyakrabban a spontán melegedés és az öngyulladás szerves anyagok esetében következik be (pl. állati vagy növényi eredetű szilárd anyagok vagy olajok). A motorolajok vagy kenőolajok esetében a spontán melegedés és az öngyulladás nem következik be. Egyes szervetlen anyagok (pl. fémporok) esetében elszigetelt körülmények között előfordulhat spontán melegedés és öngyulladás. Az alábbi tényezők irányítják illetve befolyásolják a spontán melegedést és az öngyulladást: a) A hőfelszabadulás (képződés) sebessége b) A szellőzés hatása c) A közvetlen környezetben levő anyagok szigetelő hatása A hőfelszabadulás sebessége alacsony. Az öngyulladásnak az a feltétele, hogy a spontán melegedő anyag hőtermelődése nagyobb legyen, mint a közvetlen környezetébe eldiszipálódó vagy elvezetett hő. Ahogy a spontán melegedő anyag hőmérséklete növekszik, úgy nő a hőtermelődés sebessége is. Néha, amikor bizonyos dolgokat melegen egy kupacba halmoznak, előfordulhat spontán melegedés, bár hideg állapotukban ez nem történne meg. Minden esetben a halom kezdeti hőmérséklete a spontán melegedés lehetőségét erősen befolyásolja. A szellőzés hatása is jelentős. Az öngyulladás létrejöttéhez elegendő levegőnek kell rendelkezésre állni az oxidációhoz, de nem annyi, ami a keletkezett hőt olyan gyorsan el tudná vezetni, ahogy az termelődik. Az anyagnak tehát elegendően lazának, lyukacsosnak kell lenni ahhoz, hogy az oxigén eljuthasson az égés pontjáig. Például egy lenolajjal átitatott rongy spontán melegedhet, és begyulladhat egy szemétkosárba dobva, de ez nem következik be egy szárítókötélre teregetve, ahol a szellőzés miatt a keletkezett hő gyorsabban eldiszipálódik, mint ahogyan képződött. A szellőzés hatásával szorosan összefügg az anyag közvetlen környezetének szigetelő hatása. A szemétkosár alján levő összegyűrt és lenolajjal telített rongyot alulról a kosár, a többi oldalról a többi rongy szigeteli. A szigetelő hatásból következően a termelődő hő az anyagban marad és nem tud elég gyorsan a környezetbe diszipálódni. Egy nagy rakás anyag esetén maga a rakás biztosítja a megfelelő szigetelést a rakás közepében bekövetkező spontán melegedéshez. A befolyásoló tényezők sokféle lehetséges kombinációja miatt nehéz bizonyossággal megjósolni, hogy egy anyag mikor kezd spontán melegedésbe.

-4-

Promatt Elektronika


Az oktató szerepe

A tanfolyam során hagyni kell, hogy a résztvevők a témával kapcsolatos saját tapasztalataikat is elmondhassák. A tanfolyam programja utáni viták és tevékenységek segíthetik a résztvevőket, hogy a tanultakat saját munkakörnyezetükre alkalmazzák. Egy jó oktató minden lehető módon személyre szabja a tanfolyamot. Vicces történetekkel, a legutóbbi vizsgálatok tényeinek ismertetésével a tanfolyam élénkebbé tehető.

TT

Érdemes másolatokat készíteni az egyes kérdéscsoportokról, tevékenységekről, a függelékről, és kiosztani a résztvevők között.

A tanfolyam tervezete úgy készült, hogy az oktató felmérhesse a résztvevők tudását még a kurzus előtt. A megvitatandó kérdések speciális információk felszínre hozását szolgálják. A vita során a résztvevők a keresett információhoz közeli válaszokkal fognak felelni, tehát az oktató feladata a legpontosabb és legteljesebb válaszok kierőszakolása. Ugyanakkor fontos, hogy az oktató elfogadjon minden ésszerű választ. Egy nyitott, nem ellenséges légkör a résztvevőket nagyobb aktivitásra készteti.

ft

Az oktatónak érdemes végignéznie a videó sorozatot és elolvasnia az útmutatót az előadás előtt. Érdemes különös figyelmet fordítani a ’Tanfolyam célkitűzéseire’ (ld. 6. oldal). Megfelelnek-e ezek a célok a résztvevők elvárásainak, vagy módosítani kell a csoport igényeinek megfelelően? A tanfolyam céljának módosítása a megvitatandó kérdésekre is hatással lehet.

A személyes tapasztalatok csak javíthatnak a tanfolyam színvonalán. A résztvevőknek általában értékes személyes és hivatásos tapasztalata, széleskörű tudása van, amelyek jól hasznosíthatók a tanfolyam során. Az oktatónak segítenie kell, hogy a résztvevők e témával kapcsolatos tapasztalata és tudása érvényesülhessen, és segítenie kell az ismeretek és tapasztalatok kölcsönös kicserélését.

K

A tanfolyam oktatójának járatosnak kell lennie a tűz- és gyújtogatás vizsgálatban, ismernie kell az NFPA 921 ’Útmutató a tűz- és robbanásvizsgálathoz’ (Guide for fire and explosion investigation), és az NFPA 1033 ’A tűzvizsgálók hivatásos minősítései’ (Standard for Professional Qualifications for Fire Investigators) c. szabványokat. Az oktatónak jártassági szintjétől függetlenül komoly felkészülésre és bizonyos előadói gyakorlatra is szüksége van (ld. NFPA 1041 ’A tűzoltósági oktatók hivatásos minősítései’ /Standard for Fire Service Instructor Professional Qualification/).

Az oktatónak figyelnie kell arra, hogy a tevékenységek az adott jogi szabályozókhoz igazodjanak. Az ilyen jellegű ’testre szabás’ a tanfolyamot még hatékonyabbá teheti.

O M

A

Az oktató legfontosabb szerepe, hogy a tanulást a csoport céljainak megfelelően segítse az alábbiakkal: • Vezesse a tevékenységeket és a csoport megbeszéléseit • Hívja fel a figyelmet a lényeges pontokra • Tisztázza a félreértéseket • Bátorítsa a csoportos részvételt, és adjon teret a nézetek kicseréléséhez • Koordinálja a tanfolyam menetét és a hozzá kapcsolódó tevékenységeket • Értékelje a résztvevők fejlődését és az általuk elért szintet

PR

A tanulás sokkal hatékonyabb, ha az emberek aktívan részt vesznek a munkában. Egy jó tanfolyamon az oktatónak olyan kérdéseket kell feltennie, amelyekre nem lehet egyszerűen igennel vagy nemmel válaszolni. Az ilyen kérdések segítik a hallgatókat, hogy aktívan részt vegyenek a tanulási folyamatban, és mélyebben elgondolkodjanak az adott témán. Az olyan jellegű oktatás, amely megadja a válaszokat, kevésbé hatékony módszer, mint a csoport segítése a helyes válaszok megtalálásában.

Előadói gyakorlat Általános szabály, hogy az oktató ne csak 1-2 személlyel, hanem lehetőleg a csoport minden tagjával foglalkozzon, és ahányszor csak lehet, próbáljon szemkontaktust kialakítani. Helyes testtartásban álljon, és sétáljon az emberek felé beszéd közben. Mosolyogjon, és mutasson érdeklődést a téma iránt. Nyitott kérdéseket tegyen fel, amelyekre nem csak igennel / nemmel kell válaszolni. Magyarázatával, válaszaival demonstrálja, hogy figyel a résztvevők által közbevetett kérdésekre, felvetésekre. Ha azt tapasztalja, hogy a résztvevők unatkoznak vagy fáradtak, tartson szünetet, vagy kezdjen egy lazább foglalkozásba. Ha lehetőség van rá, gyakran szervezze át a csoportokat. Tapasztalat szerint, ha tehetik, a résztvevők mindig azonos csoportokba szerveződnek a tanfolyam során. A résztvevők átcsoportosítása a tantermi tevékenységek során a másokkal való együttműködésre ösztönzi őket, és segíti a jobb tapasztalatcserét.

©

A tanfolyam menete I. szakasz Üdvözlés és bemutatkozás A tanfolyam célja Ismeret-felmérő kérdéscsoport II. szakasz A ’Tűz keletkezése és fejlődése’ c. videó levetítése A látottak megvitatása

Promatt Elektronika

III. szakasz Osztálytermi és területi tevékenységek IV. szakasz Ellenőrző kérdéscsoport A főbb pontok összefoglalása Záró kérdések és válaszok, ahogy az idő engedi

-5-


Kezdjük a tanfolyamot a résztvevők bemutatkozásával. Kérjük meg őket, hogy ismertessék elvárásaikat a tanfolyammal kapcsolatban. Írjuk fel válaszaikat, elvárásaikat a táblára. A tanfolyam során többször is visszatérhetünk és ellenőrizhetjük, hogy mely elvárások teljesültek. Őszintén valljuk be, ha egyes elvárások nem teljesültek. A tanfolyam végére a résztvevőknek ismerniük kell: • Az égési tetraéder négy elemét, valamint azt, hogy ezek az elemek milyen módon teszik lehetővé a tűz kialakulását.

• • • • • • •

A hőterjedés három módját: a hővezetést, a hőáramlást (konvekció) és a hősugárzást. Hogyan következik be a gyulladás. A tűz tipikus növekedésének és fejlődésének módját. A tűz növekedését befolyásoló tényezőket mind zárt térben, mind nyílt terepen. A tűzoltási tevékenységnek a tűzre gyakorolt hatását. Az égéstermékek kialakulási okait. A füst színét és mennyiségét befolyásoló tényezőket.

ft

A tanfolyam célkitűzései

Ismeret-felmérő kérdéscsoport

K

4. Mit tekintünk egy éghető anyag lobbanáspontjának? Egy éghető anyag lobbanáspontja az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen az anyagból annyi gőz keletkezik, hogy ez a körülötte levő levegővel elegyedve, láng közelítésére az anyag egész felületére kiterjedően ellobban. 5.

A tűzvizsgálat során kiderül, hogy a tűz keletkezési helyétől távolabb, egy fémfal mögött, egy másodlagos tűz is kialakult. Hogyan magyarázható ez? A jelenség a hővezetéssel magyarázható. Hővezetésnél, egy szilárd anyag egyik részét melegítve, a hőenergia a melegített ponttól a nem melegített, hidegebb részek felé terjed. A fémfalakon vagy -gerendákon keresztül vezetett hő képes további éghető anyagokat is meggyújtani az eredeti hő forrásától távol.

O M

A

Vegyük át újra az összes kérdést, és kérjünk meg egy-egy résztvevőt, hogy mondja el válaszát. A legtöbb esetben minden ésszerű válasz elfogadható. Mielőtt egy új kérdésre rátérnénk, ismertessük a helyes választ, és adjunk időt a résztvevőknek újabb kérdésekre, megjegyzésekre.

rendelkezésre álló oxigén, így az égés nem tökéletes. Az égés sebessége korlátozott, amit a helyiségbe beáramló levegő mennyisége szabályoz.

TT

Az ismeret-felmérő kérdéscsoport célja, egyrészt, hogy a résztvevők kicsit ráhangolódjanak a tűzvizsgálat témakörre, másrészt, hogy felmérjük jelenlegi tudásszintjüket. Nincs semmiféle teljesítendő minimum határ, sőt a résztvevők esetleg úgy érezhetik, hogy többet tudnak, mint képzelték. Osszuk ki az ismeret-felmérő kérdéseket, és adjunk 20-30 percet a kitöltésre. Ne szedjük be a kitöltött kérdőíveket, hagyjuk azokat a résztvevőknél, hogy a megbeszélés során saját válaszaikat ellenőrizhessék. A kérdések megvitatása segíthet az oktatónak a csoport tudásszintjének felmérésében.

Mik azok az elemek, amelyek egy tűz kialakulásához szükségesek? A tűz kialakulásához szükség van legalább • egy éghető anyagra, • egy oxidáló közegre (mely általában a levegő), • akkora hőre, amely képes az éghető anyagból gőzöket felszabadítani és azokat begyújtani, • és egy folyamatos kémiai láncreakcióra, amely az éghető anyagot gyors oxidációra készteti. Egy anyag égésekor a keletkező hő a közeli tárgyakra és felületekre is hatással van. A hőterjedésnek milyen három módját ismerjük? A hőterjedés három módja a hővezetés, melynek során az energia egy szilárd anyag egyik, melegített pontjától egy másik pontjáig jut el; a hőáramlás, melynek során az égésgázok szállítják a hőenergiát a hő forrásától a hidegebb felületek felé; és a hősugárzás, amikor a hő elektromágneses hullámok formájában terjed egy forró felületről egy hidegebb felületre, minden további szállító közeg nélkül. 3. Mi a különbség az égéstermék-szabályozott (fuelcontrolled) és a szellőzés-szabályozott (ventilationcontrolled) tűz között ? Egy égéstermék-szabályozott tűzben az égést az oxigén táplálja. A tűz növekedési sebessége és a hőtermelődés sebessége csak az égéstermék mennyiségétől és jellemzőitől függ. Az ilyen típusú tüzekben az összes égéstermék elég (elhasználódik). A szellőzésszabályozott tüzeknél több az éghető anyag, mint a

©

2.

PR

1.

-6-

6.

Miért nehezebb meggyújtani egy fagerendát, mint ugyanannak a fának a forgácsát?. A faforgács sokkal nagyobb felület/tömeg aránnyal rendelkezik, mint a fagerenda. ez azt jelenti, hogy a forgács sokkal könnyebben felmelegíthető arra a hőmérsékletre, amikor már elegendő mennyiségű éghető gőzöket, gázokat bocsát ki ahhoz, hogy az égés fennmaradjon.

7. Mit nevezünk elgőzölögtetésnek (vaporizációnak)? Elgőzölögtetésnek azt a folyamatot nevezzük, amikor egy normális körülmények között szilárd vagy folyékony halmazállapotú anyagot arra késztetünk, hogy gáz vagy gőz állapotúvá váljon. Az anyagok égéséhez arra van szükség, hogy megfelelő mennyiségű gázokat, gőzöket bocsássanak ki, melyek a levegővel keveredve éghető keveréket alkotnak. Szilárd és folyékony halmazállapotú anyagok esetén, melyek lobbanáspontja a környezeti hőmérséklet felett van, energiabevitelre van szükség a gőzök, gázok kialakulásához. A környezeti hőmérsékletnél alacsonyabb lobbanáspontú folyadékok esetén nincs szükség további energiabevitelre a gőzök, gázok kialakulásához.

Promatt Elektronika

Tűzvizsgálat: A tűz keletkezése és fejlődése 8. Nevezzen meg néhány olyan tényezőt, melyek a tűz terjedési sebességét befolyásolják zárt térben. Zárt térben a tűz terjedési sebességét az alábbi tényezők befolyásolják: • Az éghető anyag mennyisége, alakja, és típusa • A levegő mozgása és mennyisége • A helyiség méretei • A mennyezet magassága • A tűz helyzete a határoló falakhoz, sarkokhoz képest

K

TT

Milyen módokon befolyásolhatják a tűzoltási tevékenységek a tűzvizsgálatot? Gyakran a tüzeket olyan irányból kezdik el oltani, ami a lángokat a még meg nem égett vagy már korábban megégett területek felé nyomja. Ha a tűzoltók egy a tetőn kialakított nyílással, ablak vagy ajtó segítségével irányítják, szellőztetik a tüzet, akkor a tűz gyakran e szellőztető nyílás irányába terjed tovább. A helyszín vizsgálatakor a tűzvizsgálónak ismernie kell, milyen oltási tevékenységek folytak. Például, egy mélyebben elszenesedett rész nem feltétlenül azt jelzi, hogy a terület a tűz keletkezési helyéhez közel volt, hanem arra is utalhat, hogy ezen a területen égni hagyták a tüzet, mialatt más területeket oltottak.

ft

9.

©

PR

O M

A

10. Milyen tényezők befolyásolják a keletkező füst mennyiségét és színét? • A különböző éghető anyagok különböző mennyiségű és színű füstöt termelnek. Néhány fajta alkohol tisztán ég, míg a petróleum alapú anyagok általában nagy mennyiségű fekete füstöt termelnek. • Egyazon égéstermék égésekor más és más típusú füst képződik különböző oxigén ellátottság mellett. Például, egy jól szellőztetett helyen a fa égésekor világos színű füst, míg alacsony oxigén ellátottság mellett sötét színű füst keletkezik. • A tüzek kezdeti szakaszában általában kevesebb füst képződik, mint a későbbi fázisokban, ahogy a belobbanás felé halad a folyamat. • Az oltáskor használt vízpermet hatására a füst világosabbá válik vagy füstszerű vízpára, gőz keletkezik.

Promatt Elektronika

-7-


Ismeret-felmérő kérdések Mik azok az elemek, amelyek egy tűz kialakulásához szükségesek?

2.

Egy anyag égésekor a keletkező hő a közeli tárgyakra és felületekre is hatással van. A hőterjedésnek milyen három módját ismerjük?

3.

Mi a különbség az égéstermék-szabályozott (fuel-controlled) és a szellőzés-szabályozott (ventilation-controlled) között?

4.

Mit tekintünk egy éghető anyag lobbanáspontjának

5.

A tűzvizsgálat során kiderül, hogy a tűz keletkezési helyétől távolabb, egy fémfal mögött, egy másodlagos tűz is kialakult. Hogyan magyarázható ez?

tűz

©

PR

O M

A

TT

K

ft

1.

-8-

Promatt Elektronika

Tűzvizsgálat: A tűz keletkezése és fejlődése Miért nehezebb meggyújtani egy fagerendát, mint ugyanannak a fának a forgácsát?.

7.

Mit nevezünk elgőzölögtetésnek (vaporizációnak)?

8.

Nevezzen meg néhány olyan tényezőt, melyek a tűz terjedési sebességét befolyásolják zárt térben.

9.

Milyen módokon befolyásolhatják a tűzoltási tevékenységek a tűzvizsgálatot?

PR

O M

A

TT

K

ft

6.

©

10. Milyen tényezők befolyásolják a keletkező füst mennyiségét és színét?

Promatt Elektronika

-9-

Tűzvizsgálat: A tűz keletkezése és fejlődése A videó szövege:

A tűz keletkezése és fejlődése

Gyakran használják a tűz-tetraédert annak magyarázatára, hogy a négy összetevő (éghető anyag, oxidáló közeg, hő és a nem gátolt kémiai láncreakció) kombinációja hogyan hozza létre a tűznek nevezett exoterm folyamatot. A tűz kialakulásához mind a négy összetevőre szükség van. A tüzeket úgy lehet megelőzni vagy eloltani, ha ezek közül egy vagy több összetevőt eltávolítunk vagy nem engedünk érvényre jutni.

A 21%-nál magasabb oxigén koncentrációjú atmoszférában az égés felgyorsul, míg 14-16% oxigén koncentráció mellett lelassul.

Az oxigént is tartalmazó oxidánsok (pl. kálcium-hipoklorát, ammónium-nitrát vagy hidrogén-peroxid) égése során könnyen szabadul fel az oxigén. A tűz intenzívebben éghet kémiai oxidáló anyag jelenlétében. A klór és a fluor is oxidáló anyagok, bár nem tartalmaznak oxigént, és maguk nem is égnek.

Minden éghető anyag-levegő elegynek létezik egy optimális aránya, amelyen a leghatékonyabb az égés. A tüzeknél vagy a levegő, vagy az éghető anyag van túlsúlyban. Ha a levegő van túlsúlyban, akkor a tüzet éghető anyag szabályozottnak (fuel-controlled) tekintjük. Ilyen egy szabadtéri tűz is, ami addig ég, míg van éghető anyag. Ha több az éghető anyag, mint a levegő, akkor a tüzet szellőzés-szabályozottnak (ventilation-controlled) nevezzük. Sok esetben szobai tüzeknél az égést a helyiségbe bejutó levegő mennyisége korlátozza. Az égés tökéletlenné válik, ha elfogy a levegő.

A

Különbséget kell tenni az égés és a pirolízis között. A pirolízis egy anyag átalakulása egy vagy több más anyaggá csupán csak hő hatására. Pirolízis során sokkal több mérgező anyag keletkezik, mint az anyagok égésekor.

A tűz-tetraéder másik összetevője az oxidáló közeg, amely a legtöbb esetben a környezeti levegő, mely 21% oxigént tartalmaz.

ft

Ez a program a tűz egyes elemeit vizsgálja. Elmagyarázza a hőterjedés fogalmát, bemutatja, hogyan gyullad meg a tűz, hogyan fejlődik, és hogyan terjed. Szó lesz a belobbanásról (flashover), a helyiségnek a tűz nagyságára gyakorolt hatásáról és a tűzoltási tevékenységek hatásáról.

Minél szélesebb a gyúlékonysági vagy robbanási tartomány, annál nagyobb veszélyt jelent az éghető anyag. Az acetilén ellenőrizetlen kibocsátása igen veszélyes lehet, mivel gyúlékonysági (robbanási) tartománya igen nagy, 2,5 – 100 tf.%-ig terjed.

K

A Tűzvizsgálat sorozat az. NFPA 921 ’Útmutató a tűz- és robbanásvizsgálathoz’ és az NFPA 1033 ’A tűzvizsgálók hivatásos minősítései’ c. szabványokon alapul. A program felépítése elősegíti a hatékony tűzvizsgálat módszeres kereteinek kialakítását. A tűz keletkezése és fejlődése a sorozat harmadik része.

határérték felettiek túl dúsak ahhoz, hogy meggyulladjanak, vagy robbanjanak.

TT

Egy sikeres tűzvizsgálathoz a tűz teljes mélységű ismerete szükséges: hogyan keletkezik, hogyan terjed, hogyan hat az egyes anyagokra, és hogyan lehet eloltani.

O M

Az éghető anyag (fuel) lehet szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú. Az éghető anyag halmazállapota függhet az aktuális hőmérséklettől és nyomástól, így a halmazállapot változhat, amint a körülmények is megváltoznak.

PR

Az éghető anyag formája is befolyásolja meggyújthatóságát és égési sebességét. Egy nagy felület/tömeg aránnyal rendelkező éghető anyag sokkal könnyebben meggyullad, mint egy alacsony felület/tömeg arányú. A képen látható faforgácsok sokkal könnyebben gyújthatók meg és égnek el, mint az ugyanabból a fából készített gerenda. A dízel olaj nehezen gyújtható meg egy tálban, de igen könnyen gyullad permet formában. Egy szilárd vagy folyékony anyag égése akkor következik be, ha hő vagy pirolízis hatására gőzök, gázok szabadulnak fel belőle. Ha az éghető anyagból és a levegőből megfelelő keverék van jelen, akkor az éghető anyag felületén képződött gőzök, gázok égnek.

©

A gáz halmazállapotú éghető anyagok csak akkor égnek, ha keletkezett éghető anyag-levegő keverék koncentrációja az ún. gyúlékonysági (vagy robbanási) határértékek között van. Az alsó gyúlékonysági (robbanási) határérték (ARH) az a legkisebb gáz-levegő elegy koncentráció, amely alatt a lángolás nem marad fenn, illetve robbanás nem történik. Hasonlóan a felső gyúlékonysági (robbanási) határérték (FRH) az a legnagyobb gáz-levegő koncentráció, amely felett a láng –oxigén hiányában- kialszik, illetve robbanás nem következik be. Például, normál hőmérsékleten és nyomáson a benzin alsó gyúlékonysági határértéke 1,4 tf.%, míg felső lángolási határértéke 7,6 tf.%. A határértékek között levő éghető anyag-levegő elegyek tartományát gyúlékonysági vagy robbanási tartománynak nevezzük. Az alsó határérték alatt levő elegyek túl hígak, míg a felső - 10 -

A tetraéder harmadik összetevője a hő. Megfelelő mennyiségű hőre van szükség az éghető gázok, gőzök felszabadításához, és azok meggyújtásához. A begyulladás után a hő okozza a tűz növekedését és a lángok továbbterjedését, fenntartva az éghető anyag termelődést és az égési ciklust. A tetraéder utolsó összetevője az a nem gátolt kémiai láncreakció, amely az éghető anyag gyors oxidációját jelenti. A lassú oxidáció, mint például a rozsdásodás, csak lassú hőtermelést okoz, így az égés nem következik be. A gyors oxidáció azonban hőt, fényt, és különböző kémiai melléktermékeket hoz létre, más szóval égést. Az égés lehet parázsló, amely szilárd éghető anyagok felületén alakulhat ki láng nélkül és alacsony hőtermeléssel. Megfelelő feltételek mellett a parázsló égés lángoló égésbe csaphat át. A tüzeknél lényeges tényező a hőterjedés, mivel mind a tűz égésében, növekedésében és oltásában nagy szerepet játszik. A hőterjedés felelős a legtöbb olyan fizikai bizonyítékért is, amit a tűzvizsgálók a tűz keletkezési helyének és okának meghatározásakor használnak.

Promatt Elektronika


A hővezetés szilárd anyagoknál fordul elő, amikor a tárgy egyik oldalát melegítjük. Az energia a melegített területtől a nem melegített terület felé továbbítódik. A nagyobb sűrűségű anyagok (pl. fém) gyorsabban vezetik a hőt, mint az alacsony sűrűségűek (pl. műanyag).

Ha a gáz és füstoszlop eléri a mennyezetet, és a tűz a helyiség falaitól távol van, akkor elkezd minden irányban terülni, míg el nem éri a falakat. A forró gázok és a füst rétege az oszlop közepénél a legvastagabb és legforróbb, és ettől távolodva vastagsága és hőmérséklete csökken. A felső rétegben levő forró gázok hőáramlással és hősugárzással is közvetíthetnek hőt. A tűz a közeli tárgyakra hősugárzással, hőáramlással vagy közvetlen lánghatással is átterjedhet. Ha a tűz csak a helyiségre korlátozódik, akkor a mennyezeti forró gázok rétege süllyedni kezd, miközben hőmérséklete egyre nő. A rétegből kisugárzott hő melegíteni kezdi az egyéb, még meg nem gyulladt éghető anyagokat. Egy jól meghatározható áramlási kép alakul ki: a forró égéstermékek kifelé áramlanak felülről, mialatt hideg levegő áramlik befelé a gáz és füstréteg alatt. Elegendő oxigén esetén az égés folytatódik. Ha nem áll rendelkezésre elegendő levegő a tűz által pirolizált éghető anyagok elégetéséhez, akkor a tűz az éghető anyag-szabályozott (fuel-controlled) szakaszból a szellőzés-szabályozott (ventilation-controlled) szakaszba lép. Ebben a helyzetben a mennyezeti réteg el nem égett égéstermékeket tartalmaz (pl. szénhidrogén gőzöket, szén-monoxidot és kormot). Ilyenkor általában nem elegendő az oxigén a mennyezeti réteg lángoló égéséhez. A tűz növekedésével a mennyezeti réteg gázhőmérséklete is növekszik, megnövelve ezzel a réteg alatt található éghető anyagokra irányuló hősugárzás intenzitását. Ahogy a hőmérséklet nő, egyre nagyobb mennyiségű pirolizált gáz képződik és kerül közel a gyulladási hőmérsékletéhez. Amint a felső réteg hőmérséklete meghaladja az 590oC-ot, a sugárzó hő hatására minden éghető anyag égni kezd, melyet gyakran a mennyezeti réteg éghető gázainak a begyulladása előz meg. Ez a jelenség a belobbanás (flashover), ami általában a teljes helyiség égésének (full room involvement) kezdeti időpontja. A helyiség teljes égése általában szellőzés-szabályozott tüzet okoz, valamint a füst és a mérgező gázok gyors képződését eredményezi.

TT

A hővezetés mind a tűz meggyulladásában, mind a továbbterjedésében fontos szerepet játszhat. Egy fémfalon, -csővezetéken vagy -gerendán keresztül vezetett hő könnyen meggyújthat egy a fémrésszel közvetlen érintkezésben levő éghető anyagot.

Az éghető gázok, rendkívül kis tömegük miatt, minimális energiával meggyújthatók. A begyulladás spontán melegedés vagy ismertebb néven spontán égés hatására is létrejöhet, mely folyamat során az anyag külső hőhatás nélkül emeli hőmérsékletét. Amint a spontán melegedés hatására az anyag eléri gyulladási pontját, bekövetkezik a spontán égés vagy öngyulladás. Az éghető anyagtól és a környezettől függően a tüzek összetett módon fejlődnek. A nyílt tüzek hője forró gázok oszlopaként (plume) emelkedik fölfelé. Az így létrejövő légmozgás hideg levegőt szív be a tűz alsó részénél és az emelkedő oszlopba. Ezt a folyamatot légbeáramlásnak (entrainment) nevezzük. Ha a tűz felett nincs vízszintes határoló felület (mennyezet), akkor a forró gázokból és füstből álló oszlop folyamatosan emelkedik fölfelé.

ft

A tűzben a hő egy magasabb hőmérsékletű tömegtől egy alacsonyabb hőmérsékletű tömeg felé terjed. Ez a hőterjedés három formában történhet: hővezetéssel, hőáramlással és hősugárzással.

lobbanáspontú dízelolaj ellenben melegítés nélkül nem gyullad meg.

K

Lényeges különbséget tenni a hő és a hőmérséklet között. A hőmérséklet a molekuláris aktivitás mértékét jelzi egy referencia ponthoz, pl. a víz fagyáspontjához képest. A hő pedig energia, amely a hőmérséklet fenntartásához vagy megváltoztatásához szükséges. Amikor hőenergiát közlünk egy testtel, annak hőmérséklete növekszik; amikor hőt vonunk el, a hőmérséklet csökken.

Hőáramlás (konvekció) során a hőenergia általában az égésgázokon keresztül továbbítódik a hő forrásától a hidegebb felületek felé. A hőáramlást az égés során a hőmérséklet különbségek, a szellőzés és a forró gázok sebessége befolyásolja.

O M

A

A tüzek kezdeti szakaszában a hőáramlásnak döntő szerepe van a tűzben keletkező forró gázok felfelé mozgatásában, majd később a teljes épületben történő szétterjesztésében. A belobbanás (flashover) utáni szakaszban is a hőáramlás terjeszti szét a füstöt és a hőt az épületen belül.

PR

A hősugárzáskor a hőenergia közbenső közeg nélkül, elektromágneses hullámok formájában, terjed át egy forró felületről egy hidegebb felületre. Például, a nap hőenergiája az éteren keresztül sugárzik a földre. A sugárzott energia csökkenthető vagy akár blokkolható is a sugárzás útjában elhelyezett anyagokkal, mint ahogyan a tűző nap sugarait is kellemesen felfoghatja egy fa lombja. A hőterjedés sebessége erősen függ a sugárforrás és a céltárgy távolságától.

©

A szilárd vagy folyékony halmazállapotú anyagok meggyulladásához az kell, hogy melegítés hatására megfelelő mennyiségű éghető gázokat, gőzöket bocsássanak ki. A melegített anyag felület/tömeg aránya szabja meg, hogy mennyi energia szükséges a meggyulladáshoz. Egy vastag fenyőgerenda igen nehezen gyújtható meg, mivel a hőforrástól a hő könnyen elvezetődik, és eldiszipálódik a gerenda tömegében. A gerendából készült forgács azonban könnyen meggyújtható, mivel felülete sokkal nagyobb, tömege pedig, mely a hőt elvezethetné, sokkal kisebb. Folyadékok esetében a belőlük kibocsátott gázoknak, gőzöknek kell a levegővel éghető elegyet alkotniuk. Ehhez az kell, hogy a folyadék felszínének hőmérséklete a lobbanáspont felett legyen. Folyadékoknál a lobbanáspont az a legalacsonyabb hőmérséklet, amin a folyadék elegendő gőzt, gázt bocsát ki ahhoz, hogy a láng egy pillanatra fennmaradjon. A környezeti hőmérsékletnél alacsonyabb lobbanáspontú folyadékok (pl. benzin) melegítés nélkül is éghető gőz-levegő elegyet bocsátanak ki. A magasabb Promatt Elektronika

Zárt térben a tűz növekedési sebességét számos változó tényező befolyásolja: az éghető anyag mennyisége, természete és alakja; a beáramló levegő mennyisége és mozgása; a helyiség térfogata; a mennyezet magassága, valamint a tűznek a falakhoz, sarkokhoz képesti elhelyezkedése. - 11 -


A helyiség sarkában égő tűz esetén az elméletileg lehetséges levegőnek csak 25%-a áramlik a tűz felé, így a lángmagasság is nagyobb lesz, a gázoszlop és a mennyezeti réteg hőmérséklete is magasabb lesz, és korábbi belobbanásra lehet számítani.

Egy sikeres tűzvizsgálathoz a tűz teljes mélységű ismerete szükséges: hogyan keletkezik, hogyan terjed, hogyan hat az egyes anyagokra, és hogyan lehet eloltani. A tűzvizsgálónak ismernie kell, hogy az éghető anyag, az oxidáló közeg, a hő és a fenntartott kémiai láncreakció együttesen hogyan vezetnek a tűz kialakulásához. Ismernie kell a hőterjedés formáit, a tűz során keletkező gázoszlop és a helyiség tűzre gyakorolt hatását, és a belobbanás jelenségét.

A

Amikor a tűz keletkezési helyét a károk kiterjedéséből próbáljuk meghatározni, mindig figyelembe kell venni a tűznek a falakhoz viszonyított helyét. Lehet, hogy a tűz feltételezett keletkezési helyén nem az adott éghető anyag gyulladt meg először. Egy nagyobb méretű kár lehet, hogy csak fal- vagy sarok-effektus következménye.

ft

Ha a tűz fal mellett keletkezik, akkor a levegő csak a tűz körül megrajzolt elméleti kör feléből áramolhat be. A falak is hőt sugároznak vissza az éghető anyag felé. Mindezek eredményeként nagyobb lesz a lángmagasság és gyorsabban emelkedik a mennyezeti gázréteg hőmérséklete is. Ilyen körülmények között a belobbanás is korábban bekövetkezik, mintha a tűz a helyiség közepén keletkezett volna.

K

Ha a tűz helye a falaktól távol van, akkor a levegő szabadon, minden irányból a felszálló oszlopba (plume) áramolhat, keveredve az égésgázokkal. Az így beszívott levegő közvetlenül a lángoló zónába kerül, ugyanakkor hűti a gázoszlop felső rétegeit.

Az alkohol vagy a földgáz (natural gas) nagyon tisztán ég, míg más anyagok (pl. olaj, sztirének) nagy mennyiségű kormos füsttel égnek. A füst színéből nem lehet pontosan arra következtetni, hogy éppen mi ég. A fa égésekor keletkező füst jól szellőztetett tűz esetén szürke vagy világos színű, míg alacsony oxigén ellátottság mellett fekete is lehet. Fekete füst keletkezhet petróleum alapú anyagok égésekor is. A füstképződés a tűz kezdeti szakaszában általában alacsony, de erősen megnövekszik a belobbanás pillanatától. A tűzoltási tevékenységek is hatnak a keletkezett füst színére. A fecskendőkből kiáramló víz nagy mennyiségű apró cseppé áll össze, amelyek fekete füsttel keveredve annak színét világosabbá, fehérré tehetik.

TT

Nagy térfogatú helyiségekben a hőmérséklet növekedése lassabb, és így a belobbanás is később, vagy egyáltalán nem következik be. Kisebb térfogatú helyeken a rétegképződés gyorsabb lehet, és a belobbanás is korábban bekövetkezhet.

PR

O M

A tűzoltási tevékenységek is hatással vannak a tűz növekedésére. Ha a tüzet az épület még meg nem égett részéről kezdik oltani, előfordulhat, hogy a tűz visszaszorul a korábban már megégett részek felé. Ha közvetlenül a tüzet kezdik oltani, a lángok a még meg nem égett szerkezetek felé tolódhatnak. A tűzoltók által szellőztetési célból nyitott ablakok vagy tetőnyílások a tüzet és az égéstermékeket a nyílások felé szívják. Gyakran égni hagynak egyes területeket, míg más területen oltanak. Egy mélyebb elszenesedésre utaló minta nem mindig utal a tűz keletkezési helyére.

©

Az éghető anyagtól és a rendelkezésre álló levegőtől függően számos különböző égéstermék keletkezhet. Ha a levegő kevés, sok lesz az égéstermékben a szén-monoxid és a korom. Az égéstermékek mindhárom halmazállapotban létezhetnek. Találhatunk közöttük gázokat, pl. szén-dioxid, hidrogén-szulfid, szén-monoxid. Szilárd halmazállapotú égéstermék a hamu és a korom. Tökéletlen égés során sok folyékony halmazállapotú égéstermék is keletkezik., melyek a tűzben jelenlevő hő miatt általában gőzök, apró kátrányos cseppek vagy aeroszolok formájában találhatók az égéstermékek között. A gőzök és a cseppek gyakran lecsapódnak a füstnél hidegebb felületeken. Általában a leghosszabb ideig a leghidegebben maradó felületeken lesz a legnagyobb mértékű lerakódás.

- 12 -

Promatt Elektronika


Megvitatandó kérdések

igényeinek

Hogyan következik be a spontán égés? a. Kémia reakció hatására, külső hőbevitel nélkül az anyag hőmérséklet növekedni kezd. b. A reakció során keletkezett hő az anyagban marad, valamely ok miatt nem képes eldiszipálni. c. Az égéshez valamennyi levegőre is szükség van, de nem annyira, ami a keletkezett hőt el tudná vezetni.

megfelelően

Mi a tűz-tetraéder négy összetevője? a. Éghető anyag b. Oxidáló közeg: általában a levegő, de lehet más kémiai oxidáló szer c. Hő: a hő szabadítja fel és gyújtja meg az éghető anyag gőzeit. A begyulladás után a hő hozzájárul a tűz növekedéséhez és a lángok terjedéséhez fenntartva az éghető anyag képződést és az égési ciklust. d. Folyamatosan fenntartott kémiai láncreakció az éghető anyag és az oxidáló közeg között.

6.

Egy helyiség égésekor milyen fázisokat különböztetünk meg? a. Az éghető anyag begyulladása után forró gázokat és füstöt szállító oszlop kezd felszállni a mennyezet felé. A mennyezetet elérve az oszlop minden irányban szétterül a falakig. b. A szétterjedő oszlopból a hő elkezd lefelé sugározni. Ahogy a tűz intenzívebbé válik, a felső gáz és füstréteg egyre vastagabb lesz, és elkezd lefelé terjedni. A sugárzó hő újabb éghető anyagokat gyújthat meg. c. Amint a felső gázréteg hőmérséklete eléri az 590oCot a helyiségben minden éghető anyag éghető gőzöket kezd kibocsátani. d. Belobbanás történik, amely általában a helyiség teljes égéséhez és szellőzés-szabályozott tűzhöz vezet.

Mit jelent az éghető anyag gyúlékonysági (robbanási) tartománya ? a. Az éghető anyagok gyúlékonysági tartománya az alsó és felső gyúlékonysági határérték közötti tartomány, amely koncentrációkon belül az éghető anyag gőzeiből és a levegőből álló keverék égni képes. A határértékeket általában tf.%-ban adják meg. b. Az alsó gyúlékonysági határérték (ARH) az a legkisebb koncentrációja a gáz-levegő elegynek, amely alatt a lángolás nem képes fennmaradni. c. A felső gyúlékonysági határérték (FRH) az a legnagyobb gáz-levegő koncentráció, amely felett a láng –oxigén hiányában- kialszik.

PR

2.

O M

A

1.

oktató

5.

TT

A kérdések az megváltoztathatók.

Hogyan gyulladnak meg a szilárd és a folyékony halmazállapotú anyagok? a. Az éghető anyagok szilárd vagy folyadék formájukban nem égnek.. Melegíteni kell őket, míg éghető gőzöket, gázokat nem kezdenek el kibocsátani. Valójában ezek a gőzök, gázok égnek. b. A folyadéknak a lobbanáspontjánál magasabb hőmérsékletűnek kell lennie. c. A lobbanáspont az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen a szilárd vagy folyékony anyagok egy pillanatnyi láng ellobbanásához elegendő gőzöket bocsátanak ki laboratóriumi körülmények között.

ft

A vitát vezetve ne elégedjünk meg egy szavas vagy egy mondatos válaszokkal, inkább ösztönözzük a résztvevőket komoly, mélyebben kifejtett válaszokra. Az 1. kérdésnél például kérdezzük meg, hogy a változó oxigén koncentráció hogyan befolyásolja az égést. A 3. kérdésnél vitassuk meg, hogy a különböző hőterjedési formák hogyan kapcsolódnak a tűz fejlődéséhez. Bátorítsuk a hallgatókat, hogy lehetőleg saját tapasztalatukat mondják el olyan esetekről, ahol például a hővezetés vagy az öngyulladás okozott tüzet. Valós tűzhelyszínek fotói vagy vázlatai nagyban segítik a vitát.

4.

K

A videó megtekintése után az oktatónak időt kell szánni a programban látott lényeges pontok megerősítésére. Az alábbi kérdéscsoport segíthet a tanfolyam e részének előkészítésében. A jobb hatás kedvéért az oktatónak érdemes személyes vagy helyi tapasztalatokat kiemelni.

A hőterjedés milyen formái ismertek? Hővezetés: egy szilárd test egyik részét melegítve a hő a nem melegített részek felé terjed. b. Hőáramlás: a hőenergia –forró gázok közvetítésével- a hő forrásától a hidegebb felületek felé terjed. c. Hősugárzás: a hőenergia közbenső közeg nélkül, elektromágneses sugárzás formájában, egy forró felületről a hidegebb felületek felé terjed.

©

3. a.

Promatt Elektronika

7.

Hogyan befolyásolhatják a tűzoltási tevékenységek annak megítélését, hogy hogyan keletkezett és terjedt a tűz? a. Az elszenesedési minták értékelésekor a tűzvizsgálónak tudnia kell, hogy az oltás módja is befolyásolhatja azokat. Például, ha a tüzet az épület még meg nem égett részéről kezdik oltani, előfordulhat, hogy a tűz visszaszorul a korábban már megégett részek felé. b. Ha közvetlenül a tüzet kezdik oltani, a lángok a még meg nem égett szerkezetek felé tolódhatnak. c. A tűzoltók által szellőztetési célból nyitott ablakok vagy tetőnyílások a tüzet és az égéstermékeket a nyílások felé szívják. d. A tűzoltók gyakran égni hagynak egyes területeket, míg más területen oltanak. A fenti példák mindegyikénél igaz, hogy egy mélyebb elszenesedésre utaló minta nem mindig utal a tűz keletkezési helyére, inkább csak arra, hogy ott a tűz hosszabb ideig égett. - 13 -


Tantermi tevékenységek Szervezzük a résztvevőket csoportokba, és minden tevékenység után a csoportok osszák meg eredményeiket a teljes csoporttal. Ha lehetőség van rá, szervezzük át a csoportokat minden egyes tevékenység után. Alapként használhatók az itt bemutatott feladatok is, de esetleg hatékonyabb lehet más feladatok elvégzése. Begyulladás Használjuk a B. függelék táblázatát (Éghető folyadékok és gázok tűzveszélyes jellemzői), és határozzuk meg az alábbi anyagok lobbanáspontját és gyulladási hőmérsékletét:

ft

1.

K

Aceton Lobbanáspont = -20oC Gyulladási hőmérséklet = 465 oC

TT

Benzol Lobbanáspont = -11,1oC Gyulladási hőmérséklet = 498 oC

Ásványi alkohol Lobbanáspont = 40oC Gyulladási hőmérséklet = 245 oC

O M

o-szilén Lobbanáspont = 27,2oC Gyulladási hőmérséklet = 463 oC

A

Hidrogén Lobbanáspont = Gáz Gyulladási hőmérséklet = 500 oC

Hőterjedés Vizsgáljuk meg a tanfolyam helyszínéül szolgáló helyiséget vagy épületet. Elképzelhető olyan helyzet, amikor a hővezetés révén a kezdeti tűz helyétől távolabb levő éghető anyag is begyulladhat?

3.

Tűzfejlődés Osszuk a résztvevőket három csoportba. Minden csoport írja le, hogyan fejlődne a tűz a teremben, ha egy nagyobb méretű kárpitozott kerevet tüzet fogna. Használjuk a C-2. táblázat (Gyújtóforrások hőmérsékletei) adatait segítségképpen. A leírt anyagban minden csoport szóljon:

PR

2.

A lobbanási pontról és a begyulladásról A hőterjedésről A másodlagos éghető anyag forrás(ok)ról A tűz terjedéséről A belobbanásról

©

• • • • •

A csoport: a kerevet a szoba közepén B csoport: a kerevet az egyik fal mellett C. csoport: a kerevet az egyik sarokban

- 14 -

Promatt Elektronika


Ellenőrző kérdéscsoport

Hővezetésnél mi továbbítja a hőt? a. forró gázok. b. a lánggal történt közvetlen kapcsolat c. szilárd anyag d. elektromágneses sugárzás. 2. Mikor következik be a belobbanás? a. Ha a helyiség oxigén koncentrációja 16% alá esik. b. Ha az elsődleges éghető anyag teljesen kimerül, elég. c. Ha a mennyezeti gázréteg hőmérséklete eléri a 304oC-ot d. Ha a mennyezeti gázréteg hőmérséklete eléri az 590oC-ot

10. Igaz vagy hamis? Egy kisebb (keskenyebb) gyúlékonysági (robbanási) tartománnyal rendelkező éghető anyag könnyebben meggyújtható, mint egy nagyobb (szélesebb) gyúlékonysági tartományú.

11. Az éghető anyaggal kapcsolatban az alábbi állítások közül melyek igazak? a. Az éghető anyag szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú lehet. b. Egy szilárd anyag lángoló égéséhez először az anyagot melegíteni kell, míg éghető gőzöket kezd kibocsátani. c. A tűz során, a növekvő hő hatására, az éghető anyag halmazállapota megváltozhat. d. Az összes fenti állítás igaz.

TT

1.

Ha minden egyéb körülmény azonos, akkor az alábbi tüzek esetén mikor várható a legnagyobb lángmagasság? a. a tűz a helyiség közepén keletkezett b. a tűz az egyik fal mellett keletkezett c. a tűz az egyik saroknál keletkezett

ft

Osszuk ki a kérdéseket, és adjunk 20 percet a kitöltésre. Ha az oktató szükségesnek tartja, beszedheti a kérdőíveket, sőt teljesítendő minimum követelményt is előírhat. A kitöltés után minden egyes kérdésre adjuk meg a helyes választ.

9.

K

Az ellenőrző kérdéscsoport a tanfolyam hatékonyságát és a résztvevők által elsajátított ismereteket méri fel.

Magyarázza el a hőmérséklet és a hő közötti különbséget! A hőmérséklet a molekuláris aktivitás mértéke egy referenciaponthoz képest, mint a víz fagyáspontja. A hő energia, mely egy adott hőmérséklet fenntartásához vagy megváltoztatásához szükséges. 4. Szellőzés-szabályozott tűz esetén a. az égéstermék kimerült (elfogyott) b. belobbanás (flashover) nem következhet be c. a tüzet a helyiségben levő oxigén mennyisége korlátozza d. a tűznek korlátlan oxigén utánpótlása van

12. Hogyan nevezik az éghető anyag gőzének a levegővel alkotott minimális koncentrációját, amely lehetőveé teszi annak begyulladását? Válasz: lobbanáspont

A folyadékok meggyulladásához a. a folyadék gőzeinek éghető keveréket kell alkotniuk a levegővel b. a folyadék felszíni hőmérsékletének legalább a lobbanásponton kell lennie c. a folyadékot a környezeti hőmérséklet fölé kell melegíteni d. az (a) és a (b) válasz is igaz 6. Igaz vagy hamis? A nagyobb felület/tömeg aránnyal rendelkező anyag könnyebben meggyújtható, mint a kisebb felület/tömeg arányú.

PR

5.

O M

A

3.

Egy tűz hője hogyan jut el a mennyezetig? a. hővezetéssel b. hőáramlással c. hősugárzással d. a (b) és (c) válasz is igaz 8. 21%-nál nagyobb oxigén koncentrációjú atmoszférában a. az égés felgyorsul b. az égés lelassul c. az égés leáll

©

7.

Promatt Elektronika

- 15 -


Ellenőrző kérdések 1.

Hővezetésnél mi továbbítja a hőt? a. forró gázok. b. a lánggal történt közvetlen kapcsolat c. szilárd anyag d. elektromágneses sugárzás.

2.

Mikor következik be a belobbanás? a. Ha a helyiség oxigén koncentrációja 16% alá esik. b. Ha az elsődleges éghető anyag teljesen kimerül, elég. c. Ha a mennyezeti gázréteg hőmérséklete eléri a 304oC-ot d. Ha a mennyezeti gázréteg hőmérséklete eléri az 590oC-ot

__________________________________________ __________________________________________

ft

10. Igaz vagy hamis? Egy kisebb (keskenyebb) égési tartománnyal rendelkező éghető anyag könnyebben meggyújtható, mint egy nagyobb (szélesebb) égési tartományú. ______________

A

__________________________________________

9. Ha minden egyéb körülmény azonos, akkor az alábbi tüzek esetén mikor várható a legnagyobb lángmagasság? a. a tűz a helyiség közepén keletkezett b. a tűz az egyik fal mellett keletkezett c. a tűz az egyik saroknál keletkezett

K

Magyarázza el a hőmérséklet és a hő közötti különbséget!

8. 21%-nál nagyobb oxigén koncentrációjú atmoszférában a. az égés felgyorsul b. az égés lelassul c. az égés leáll

TT

3.

7. Egy tűz hője hogyan jut el a mennyezetig? a. hővezetéssel b. hőáramlással c. hősugárzással d. a (b) és (c) válasz is igaz

11. Az éghető anyaggal kapcsolatban az alábbi állítások közül melyek igazak? a. Az éghető anyag szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú lehet. b. Egy szilárd anyag lángoló égéséhez először az anyagot melegíteni kell, míg éghető gőzöket kezd kibocsátani. c. A tűz során, a hő hatására, az éghető anyag halmazállapota megváltozhat. d. Az összes fenti állítás igaz.

O M

__________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________

4.

Szellőzés-szabályozott tűz esetén a. az égéstermék kimerült (elfogyott) b. belobbanás (flashover) nem következhet be c. a tüzet a helyiségben levő oxigén mennyisége korlátozza d. a tűznek korlátlan oxigén utánpótlása van

13. Hogyan nevezik az éghető anyag gőzének a levegővel alkotott minimális koncentrációját, amely lehetőveé teszi annak begyulladását? ____________________________________________

A folyadékok meggyulladásához a. a folyadék gőzeinek éghető keveréket kell alkotniuk a levegővel b. a folyadék felszíni hőmérsékletének legalább a lobbanásponton kell lennie c. a folyadékot a környezeti hőmérséklet fölé kell melegíteni d. az (a) és a (b) válasz is igaz

©

5.

PR

__________________________________________

6. Igaz vagy hamis? A nagyobb felület/tömeg aránnyal rendelkező anyag könnyebben meggyújtható, mint a kisebb felület/tömeg arányú. ___________________ - 16 -

Promatt Elektronika


A függelék:

Égéstermékek

A füst és a korom az épület hidegebb felületein gyűlhet össze, gyakran a szomszédos helyiségek falainak felső részén. Főleg a parázsló tüzek füstje rakódik le falakon, ablakokon vagy hidegebb felületeken. Mivel a pirolízis során keletkezett termékek általában nagyon szétterjednek, ezért nem nagyon segítenek a tűz keletkezési helyének meghatározásában.

A füstlerakódás általában barna árnyalatú, míg a koromlerakódás fekete. A füstlerakódás különböző lehet: nedves és ragadós, vastag vagy vékony, száraz gyantás. Száradásuk után ezek a lerakódások nem törölhetők le egykönnyen. Ha az adott területen nyílt lángolás is volt, akkor a lerakódás általában füst és korom keveréke. Ha a füstlerakódást a tűz során további hőhatás éri, akkor a barna lerakódás színe, mintázata, összetétele könnyen megváltozhat, és feketévé, szenessé válhat.

O M

A

TT

Az égésterméke mind szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotban is létezhetnek. A szilárd égéstermékek (hamu és korom) alkotják döntően a látható füstöt. Tökéletlen égéskor az egyéb anyagokon kívül rengeteg gőz, kisméretű kátrányos csepp vagy aeroszol keletkezik. Ezek a gőzök, cseppek gyakran, füstmintákat alkotva, lerakódnak a füstnél hidegebb felületeken, melyek segíthetnek a tűz keletkezési helyének és terjedésének meghatározásában. Ilyen felületek lehetnek a falak, a mennyezet és az üveg. Mivel az ilyen lerakódások a füst és az általa érintett felület közti hőmérséklet különbség eredményei, ezért a lerakódás megléte bizonyítja, hogy a füst beborította a felületet. A lerakódás vagy egy éles határvonal hiánya azonban nem bizonyítja, hogy meddig terjedt a füst.

ft

Ha az égéskor nem áll rendelkezésre elegendő levegő, mint például a szellőzés-szabályozott tűz esetén, akkor a szénmonoxid, a korom és az el nem égett éghető anyagok aránya növekszik.

A füst és a korom A szenet is tartalmazó égéstermékek lángjaiban (leginkább a petróleum alapú anyagoknál és a legtöbb műanyagnál) korom is megjelenhet. Ha a lángok elérik a falakat vagy a mennyezetet, a korom általában lerakódik. Egy adott lerakódás megmutatja, hol, milyen éghető anyag égett. Ha a korom nem rakódik a felületre, csak leülepedik, az csak azt jelzi, hogy a korom a környéken keletkezett, de nem utal az anyag égési helyére.

K

Az égéstermékek Az égésben résztvevő anyagok típusától és az égéshez rendelkezésre álló oxigén mennyiségétől függően számtalan különböző égéstermék keletkezhet. A tisztán szénből és hidrogénből álló szénhidrogének tökéletes égésekor széndioxid és víz keletkezik. A nitrogént is tartalmazó anyagoknál (pl. selyem, fa, poliuretán hab) az égés során nitrogén-oxidok és esetleg hidrogén-cianid is keletkezhet. A fa tökéletlen égésekor több, mint száz különböző anyagot regisztráltak.

A kerámia hővezető tulajdonságai miatt a korom és a kátrányos anyagok "szívesen" rakódnak le csempéken, mivel ezek a felületek maradnak a leghosszabb ideig hidegek.

PR

Egyes anyagok (pl. alkohol, földgáz) tisztán égnek, míg mások (pl. motor-olaj, sztirol) erősen kormos füstöt termelnek, még az éghető anyag-szabályozott tűzben is.

Füstnek általában a tökéletlen égéskor keletkező szilárd, folyékony és gáznemű anyagok együttesét tekintjük.

©

A füst színe nem mindig jelzi, hogy valójában mi ég. Egy jól szellőzött vagy éghető anyag-szabályozott tűzben a fa égésekor világos vagy szürke füst keletkezik, míg alacsony oxigén ellátottság mellett, vagy egy belobbanás utáni szellőzés-szabályozott tűzben ugyanaz a fa sötét vagy fekete füsttel ég. Sok más anyag mint például a legtöbb műanyag vagy éghető folyadék égésekor is fekete füst keletkezik. A tűzoltási tevékenységek is befolyásolhatják a keletkező füst színét. A fecskendőkből kiáramló víz nagy mennyiségű apró cseppé áll össze, amelyek fekete füsttel keveredve annak színét világosabbá, fehérré tehetik. A helyszínen tartózkodó szemtanúk ezt a színváltozást gyakran tévesen annak tulajdonítják, hogy egy másik anyag kezdett égni.

Lehetnek olyan tüzek is, melyek során száraz korom rakódik le, ami később könnyen eltávolítható a felületekről. Kormozó tüzek esetén a padlón és a berendezési tárgyak tetején sok korom rakódhat le. Az elszenesedett füstlerakódások vagy koromlerakódások hosszantartó tűz hatására le is éghetnek a felületekről. Tiszta égés A tiszta égés az a jelenség, amely nem éghető felületeken jelentkezik, amikor az egyébként a felületre tapadó füst és korom teljesen leég. A tiszta égés hatására teljesen tiszta területek keletkeznek közvetlenül az égéstermékek által elsötétített területek mellett. A tiszta égés leggyakrabban közvetlen lánghatára vagy intenzív hőhatásra keletkezik. Bár a tiszta égést jelző területek erős hő hatására keletkeznek, egymagukban mégsem alkalmasak a tűz keletkezési helyének kimutatására. A tiszta égés területei és a kormos felületek közti határvonalak azonban jól használhatók a tűz terjedési irányának, intenzitás változásának vagy az égés idejének meghatározásához. A tűzvizsgálónak figyelnie kell arra, hogy össze ne tévessze a tiszta égési területeket a leválással. A leválás az anyagfelületek hiányát mutatja.

A tüzek kezdeti szakaszában a füstképződés sebessége általában csekély, míg a belobbanás (flashover) után, ha van ilyen, erősen megnövekszik. Promatt Elektronika

- 17 -


B függelék:

Éghető folyadékok és gázok tűzveszélyességi jellemzői Anyag

Lobbanási pont o

C

Éghetőségi határok

Gyulladási hőmérséklet

Gőzsűrűség

Fajsúly

tf.%

o

C

Alsó

Felső

-20

465

2,5

12,8

2,0

0,8

Acetilén

Gáz

305

2,5

100

0,9

-

Vízmentes ammónia

Gáz

651

15

28

Benzol

-11,1

498

1,2

7,8

Szén-dioxid

Gáz

608

12,5

74

Etil-alkohol

12,7

362

3,3

Petróleum

37-72

210

0,7

Dízel

52-95

256

0,7

Földgáz

Gáz

482-632

Benzin

-42,8

280

Heptán

-3,9

204

Hexán

-21,7

225

Hidrogén

Gáz

500

40

245

Motorolaj Terpentin

2,8

0,9

1,0

-

19

1,6

0,8

5

+1

+1

5

+1

+1

TT

K

0,7

0,6

-

1,4

7,6

3-4

0,8

1,05

6,7

3,5

0,7

1,1

7,5

3,0

0,7

4,0

75

0,1

-

0,8

3,9

0,8

-

A

13-17

148-232

260-371

-

-

-

-

35

253

0,8

-

+1

-

27,2

463

0,9

6,7

3,7

0,9

©

PR

o-xilol

0,6

3,8-6,5

O M

Petroléter (ásványi alkohol)

ft

Aceton

- 18 -

Promatt Elektronika


C függelék:

A hőterjedés

TT

Tűz során a hő mindig egy nagyobb hőmérsékletű tömegtől egy alacsonyabb hőmérsékletű tömeg felé terjed. A hőterjedést az egységnyi idő alatt történő energiaáramlással mérjük.(kW). Minél nagyobb a tárgyak közötti hőmérséklet különbség, annál nagyobb az egységnyi idő alatti energiaáramlás, és annál nagyobb a hőterjedés sebessége. A hőmérsékletet a fecskendőben uralkodó víznyomáshoz, a hőenergia terjedést pedig a percenkénti vízhozamhoz hasonlíthatjuk a legjobban.

Általában a hővezetést két pont között értelmezzük, ahol az energiaforrás állandó hőmérsékletű. A másik pont is előbbutóbb állandó, de az energiaforrásnál alacsonyabb hőmérsékletre emelkedik. Ezt nevezzük állandósult állapotnak. Az állandósult állapot beállta után a hővezető képesség játssza a döntő szerepet. A tüzek későbbi fázisaiban a folyamatosan változó hőmérséklet állandóan változó sebességű hőterjedést eredményez. Ezekben a szakaszokban mindhárom tényező (hővezető képesség (k), sűrűség (ρ) és hőkapacitás (c)) szerepet játszik. A három jellemzőt együttesen az anyag hőtehetetlenségének is nevezik. A C-1. táblázat néhány gyakoribb anyagra mutatja meg ezeket az értékeket.

ft

Fontos különbséget tenni a hőmérséklet és a hő között. A hőmérséklet egy anyag molekuláris aktivitásának mértéke, melyet egy referencia ponthoz, a víz fagyáspontjához viszonyítunk. Hőnek nevezzük azt az energiát, mely egy tárgy hőmérsékletének megváltoztatásához vagy fenntartásához szükséges. Ha hőenergiát közlünk egy tárggyal, akkor hőmérséklete megnövekszik;. ha a tárgytól hőt vonunk el, hőmérsékletet csökken.

sűrűségű anyagok (ρ) gyorsabban vezetik a hőt. Emiatt van az, hogy a kisebb sűrűségű anyagok általában jó szigetelők. Ehhez hasonlóan a nagy hőkapacitású anyagok hőmérsékletének emeléséhez több energiára van szükség, mint a kisebb hőkapacitás értékkel rendelkezőknél.

K

Hőterjedés A hőterjedésnek minden tűznél nagy jelentősége van. Befolyásolja a tűz meggyulladását, növekedését, terjedését, hanyatlását és kialvását. A hőterjedésnek van a legnagyobb szerepe azoknak a bizonyítékoknak a kialakulásában, amelyeket a tűzvizsgálók a tűz keletkezési helyének és okának meghatározásánál használnak.

A

A hőtehetetlenségnek a környezeti hőmérséklet növekedésére vagy magának az anyagnak a hőmérséklet növekedésére gyakorolt hatása nem állandó a tűz során. Amint az érintett anyagok elérnek egy állandó hőmérsékletet, a sűrűség (ρ) és a hőkapacitás (c) egyre jelentéktelenebbé válnak a hővezető képességhez (k) képest. Azt is mondhatjuk, hogy egy anyag hőtehetetlensége a legfontosabb tényező a meggyulladáskor és a tűz korai szakaszában.

O M

A hőterjedés három formában történhet: hővezetéssel, hőáramlással és hősugárzással. Mindegyik szerepet játszik a tűzvizsgálatnál, így mindegyiket ismerni kell.

PR

Hővezetés A hővezetés a szilárd anyagokban fordul elő, amikor egyik részüket melegítik. A melegített területtől a nem melegített területek felé történő energia átvitel sebessége a hőmérséklet különbségtől és az anyag fizikai jellemzőitől függ. Ezek a jellemzők: a hővezető képesség (k), a sűrűség (ρ), és a hőkapacitás (c). Egy anyag hőkapacitása (specifikus hője) azt mutatja, mekkora energiával növelhető hőmérséklete.

Ha egy anyag hővezető képessége (k) nagy, akkor az anyagon belüli hőátvitel sebessége is nagy. A fémek nagy, míg a műanyagok vagy az üveg alacsony hővezető képességűek. Ha a 'k' és a 'c' azonosak, akkor a nagyobb

A begyulladásnak egy fontos eleme, hogy az anyagokban vezetett hő hogyan befolyásolja felületi hőmérsékletüket. Döntően a hőtehetetlenség határozza meg, hogy a felület hőmérséklete milyen gyorsan növekszik. Minél kisebb az anyag hőtehetetlensége, annál gyorsabban növekszik az anyag felületi hőmérséklete. A tűz terjedésében is fontos szerepe van a hővezetésnek. Egy fémfalon, -csővezetéken vagy -gerendán keresztül a vezetett hő könnyen begyújthatja a fém egy távolabbi pontján a vele érintkezésben levő anyagokat. A fém kötőelemeken (pl. szegek, kapcsok, alátétek) keresztül terjedő hő hozzájárulhat a tűz terjedéséhez, illetve károkat okozhat az épületszerkezetekben.

C-1. táblázat: Egyes anyagok termikus jellemzői

©

Anyag Réz Beton Gipszvakolat Tölgyfa Fenyő Polietilén Polisztirol (merev) PVC Poliuretán Promatt Elektronika

Hővezető képesség (k) (W/m x k) 387 0,8 – 1,4 0,48 0,17 0,14 0,35 0,11 0,16 0,034

Sűrűség (ρ) (kg/m3) 89 – 40 1900- 2300 1440 800 640 940 1100 1400 20

Hőkapacitás (c) (J/kg x k) 380 880 840 2380 2850 1900 1200 1050 1400 - 19 -

Tűzvizsgálat: A tűz keletkezése és fejlődése Hőáramlás Hőáramláskor a hőenergia a felmelegített folyadékok vagy gázok áramlásával jut el a hő forrásától a környezet hidegebb területeire.

C-1. ábra: A hőmérséklet és a sugárzás kapcsolata (fekete tesz esetén)

ft K Hőmérséklet (oC)

A

Hősugárzás A hősugárzáskor a hőenergia közbenső közeg nélkül, elektromágneses hullámok formájában, terjed át egy forró felületről egy hidegebb felületre. Például, a nap hőenergiája az éteren keresztül sugárzik a földre. A sugárzott energia egyenes irányban terjed, de csökkenthető vagy akár blokkolható is a sugárzás útjában elhelyezett anyagokkal. A közbenső anyagok nem szükségszerűen blokkolják az összes sugárzó hőt. Például, egyes üvegek kb. 50%-kal csökkentik a sugárzó hőt.

TT

A tűz kezdeti szakaszaiban a hőáramlás révén jutnak el a forró gázok a tűz fészkétől a helyiség magasabb régióiba és az épület többi részébe. A hőáramlás továbbra is fennáll, mialatt a helyiség hőmérséklete közelít a belobbanási hőmérséklethez, de ekkor már egyre nagyobb a hősugárzás szerepe, mely ettől kezdve döntő tényezővé válik a hő közvetítésében. Még a belobbanás pillanata után is fontos szerepe van a hőáramlásnak, mivel hőáramlás révén terjednek tovább a füst, a forró gázok, és az el nem égett éghető anyagok az épület többi részébe. Így a tűz, a mérgező vagy káros égéstermékek távoli részekre is eljuthatnak.

Sugárzott energia (kW/m2)

Hőáramlással szilárd testekkel is lehet hőenergiát átadni a felületük felett elhaladó forró gázok révén. A szilárd testekre ható hőterjedés a hőmérséklet különbség, a forró gázoknak kitett felület, és a forró gázok sebességének a függvénye. Minél magasabb a forró gázok hőmérséklete, annál nagyobb a hőáramlás révén átadott energia.

O M

C-2. táblázat: Egyes gyújtóforrások hőmérsékletei

PR

(A sugárzott energia a test abszolút hőmérsékletének negyedik hatványával arányos.) A sugárzott hőterjedés nagysága a sugárforrás és a céltárgy abszolút hőmérsékletének negyedik hatványából képzett különbséggel arányos.. Magasabb hőmérsékleteken egy kis hőmérséklet különbség növekedés már igen tetemesen megnöveli a sugárzott hőt. A forróbb tárgy abszolút hőmérsékletének megduplázása, mialatt a céltárgy hőmérséklete változatlan, 16-szorosára növeli a két tárgy közötti sugárzást (ld. C-1. ábra).

Lángok - Benzol - Benzin - JP-4 - Petróleum - Metanol - Fa Parázs - Cigaretta (megszívott) - Cigaretta (magában égő) Mechanikai szikra - Acél eszköz - Réz-nikkel ötvözet

Hőmérséklet (oC) 920 1026 927 990 1200 127 830 – 910 500 – 700 1400 300

©

A hőterjedés sebessége erősen függ a sugárforrás és a céltárgy távolságától. Ahogy a távolság növekszik, úgy csökken az egységnyi felületre eső energia mennyisége.

Gyújtóforrás

- 20 -

Promatt Elektronika


D függelék:

Helyiségtüzek és a belobbanás (flashover)

ft

Egy helyiségben a belobbanás utáni égés turbulens és dinamikus. A belobbanás utáni égésnél a mennyezeti réteg alsó részének helyzete és a réteg alatti 'céltárgyak' lángolása és a lángok kiterjedése a D-4. és D-5. ábrák szerint alakulhat. Gyakori, hogy a padló vagy a padlóburkolat is ég, de általában a 'céltárgyak' alatti vagy egyéb 'árnyékolt' területekre nem terjed ki az égés.

TT

Amint a füstréteg eléri az ajtónyílás tetejét, elkezd kifelé áramolni a helyiségből. Ha a kiáramló füst és a képződő füst mennyisége azonos, akkor a mennyezeti réteg nem süllyed tovább (ld. D-2. ábra). Ha a tűz tovább nő, a mennyezeti réteg lejjebb süllyed, a forró gázok és a füst hőmérséklete növekszik, és a rétegből lesugárzó hő melegíteni kezdi a még meg nem gyulladt 'céltárgyat'. Az ajtónyílásnál egy jól meghatározott áramlási minta alakul ki: a felső részen az égéstermékek kifelé, míg az alsó részen, a füstréteg alatt, a hideg levegő befelé áramlik (ld. D-3. ábra).

tárgyak a pirolízis hatására gázokat bocsátanak ki, és felületi hőmérsékletük a gyulladási hőmérsékletük felé növekszik. Amikor a felső réteg hőmérséklete megközelíti az 590oC-ot, akkor az éghető tárgyakból a pirolízis hatására keletkező gázok begyulladnak a mennyezeti réteg aljával együtt. Ezt a jelenséget nevezzük belobbanásnak (flashover) (ld. D-4. ábra). Gyakran használják a flameover vagy átfordulás (rollover) kifejezést annak az esetnek a leírására, amikor a lángok csak a mennyezeti rétegen alakulnak ki, és nem érintik a tárgyak felületét. A flameover vagy átfordulás (rollover) mindig a belobbanás előtt alakul ki, de nem mindig követi ezt a jelenséget belobbanás.

K

Egy helyiségben keletkező tűz hőjét a határoló falak és a mennyezet nem engedi eltávozni. Minél közelebb van a tűz falakhoz, annál gyorsabban alakul ki, és annál vastagabbá válik a forró gázréteg. A D-1. ábra egy nyitott ajtajú szobában keletkező tüzet ábrázol, ahol a két fotel a két éghető anyag csomag. A falhoz közelebbi fotel az elsőként meggyulladó tárgy, míg a távolabbi a 'céltárgy' vagy másodikként meggyulladó tárgy. Kezdetben a mennyezeti réteg még vékony, ahhoz hasonlóan mint amikor a tűz a falaktól távol keletkezik. Amint azonban a forró gázok elérik a falat, és nem tudnak vízszintes irányban továbbterjedni, a réteg alsó része süllyedni kezd, és közel azonos vastagságúvá válik. Általában ebben a kezdeti szakaszban jeleznek a helyiségben levő füstérzékelők.

A

A belobbanás valójában egy átmenet abból az állapotból, amikor csak az elsőként meggyulladó anyag és a hozzá közeli anyagok égnek (közvetlen begyulladás hatására), abba az állapotba, amikor a helyiség minden anyaga ég. A tűzvizsgálóknak fontos tudniuk, hogy a belobbanás csak egy indító esemény, nem pedig egy befejezett folyamat. A belobbanás utáni állapotot a helyiség teljes égésének (full room involvement) szokták nevezni. A belobbanás akkor következik be, amikor a felső gázréteg kb. 20 kW/m2 hőenergiát sugároz a még meg nem gyulladt éghető anyagokra. Ez az érték általában elegendő minden szokásos éghető anyag meggyulladásához. A helyiség teljes égésekor hősugárzás sokkal nagyobb, mint a belobbanás kezdetén (170 kW/m2 értékeket is mértek már).

O M

Ennek az égési szakasznak a kezdetén elegendő levegő áll rendelkezésre a pirolizált anyagok elégetésére, így ezt a szakaszt éghető anyag- szabályozott (fuel-controlled) égésnek nevezzük. Ha a helyiség nagy ajtó- vagy ablaknyílású a égő anyag felületéhez képest, akkor az égés későbbi szakaszában is vélhetően elegendő lesz a levegő a tűz növekedéséhez. Ilyen esetekben a helyiség tetején kialakuló gázréteg, bár forró, mégis jelentős mennyiségű oxigént és viszonylag kevés el nem égett éghető anyagot tartalmaz.

©

PR

Ha a bent lévő, vagy a szellőző rendszer által befújt, vagy a nyílásokon beáramló levegő nem képes a tűz által pirolizált éghető anyagokat elégetni, akkor a tűz az éghető anyagszabályozott szakaszból a szellőzés-szabályozott (ventilation-controlled) szakaszba lép át. Ilyenkor a mennyezeti réteg el nem égett éghető anyagokat is tartalmaz (pl. szénhidrogén gőzök, szén-monoxid és korom), és a rendelkezésre álló oxigén nem elegendő a mennyezeti réteg lángolásához. A gázok hőmérséklete jóval afölött lehet, ami már képes pirolizálni vagy elszenesíteni a rétegben levő éghető anyagokat. Az automatikus sprinkler berendezések általában ennek a szakasznak a kezdetén, vagy még az ezt megelőző szakaszban lépnek működésbe. A gyors-reagálású (quickresponse) sprinklerek jóval korábban működésbe lépnek. A helyiségen kívül elhelyezett füstérzékelők is jelezhetnek, a felszerelési helyüktől és a füst terjedési irányától függően.

Amint tűz növekedésével a mennyezeti gázréteg hőmérsékletet eléri a 480oC-ot, egyre nagyobb lesz a helyiség tárgyaira gyakorolt hősugárzás. Ezek az éghető

Promatt Elektronika

A tüzek nagy részénél a belobbanást a helyiség teljes égése követi, feltéve, hogy nem fogy el az éghető anyag, nem szűnik meg az oxigénellátás, vagy nem oltják el a tüzet. A helyiség teljes égésekor a forró réteg elérheti a padlószintet, de a tesztek és aktuális tüzek azt mutatják, hogy ez nem mindig következik be (ld. D-5. ábra). A belobbanás pillanatában az ajtók korlátozzák a helyiségen belüli égéshez rendelkezésre álló levegőt, és a pirolizált égéstermékek nagy része a helyiségen kívül ég el. A belobbanást általában megelőzi a flameover vagy az átfordulás (rollover), de nem mindig lobban be a teljes helyiség (például nagy térfogatú vagy magas helyiség, vagy, ha csak korlátozott mennyiségű éghető anyag áll rendelkezésre). Kísérletek azt mutatják, hogy egy szokásos módon berendezett szobában a nyílt láng megjelenése és a belobbanás között néha csak 1,5 perc telik el, de a belobbanás nem mindig következik be. Egy szoba teljes belobbanásakor a hőkibocsátás 10.000 kW (10 MW) nagyságrendű is lehet.

- 21 -


ft

Vékony mennyezeti réteg

PR

O M

D-2. ábra: A mennyezeti réteg kialakulása

A

TT

K

D-1. ábra: A helyiségtűz kezdeti szakasza

sugárzó hő

©

D-3. ábra: A belobbanás előtti állapot

- 22 -

Promatt Elektronika


A forró füst és gázok kiáramlása

ft

Visszaáramló füst

K

Hideg levegő beáramlás

Visszaáramló füst

O M

A

TT

D-4. ábra: A belobbanás pillanata

©

PR

D-5. ábra: A belobbanás utáni fázis, a teljes helyiség égése

Fordítás:

1116 BUDAPEST Hauszmann A. u. 9-11. HUNGARY

Promatt Elektronika

Tel. : Fax : Drót : Web oldal:

(36-1)-205-2385, 205-2386, 205-0151 (36-1)-205-2387 [email protected] www.promatt.hu - 23 -

A tűz keletkezése és fejlődése

Recommend Documents