Тление: Медленное безпламенное горение.

Введение

Медленное, безпламенное горение

Тление (британский английский) или смолдеринг (американский английский; см. различия в орфографии) – это медленная, безпламенная форма горения, поддерживаемая теплом, выделяющимся при непосредственном контакте кислорода с поверхностью твердого топлива. Многие твердые материалы могут поддерживать реакцию тления, включая уголь, целлюлозу, древесину, хлопок, табак, каннабис, торф, лесную подстилку, гумус, синтетические пены, обугливающиеся полимеры, включая пенополиуретан, и некоторые виды пыли. Типичными примерами явлений тления являются возникновение пожаров в жилых помещениях на мягкой мебели от слабых источников тепла (например, сигареты, поврежденной проводки) и продолжительное горение биомассы позади фронта пламени лесных пожаров.

Основные

Основное различие между тлением и пламенным горением заключается в том, что тление происходит на поверхности твердого тела, а не в газовой фазе. Тление – это поверхностное явление, но может распространяться вглубь пористого топлива, если оно проницаемо для потока воздуха. Характерная температура и выделяемое тепло при тлении значительно ниже, чем при пламенном горении. Тление распространяется ползуче, примерно в десять раз медленнее, чем распространение пламени по твердой поверхности. Несмотря на слабые характеристики горения, тление представляет собой серьезную пожарную опасность. Тление выделяет токсичные газы (например, угарный газ) в большем количестве, чем пламенное горение, и оставляет после себя значительное количество твердого остатка. Выделяемые газы являются горючими и могут впоследствии воспламениться в газовой фазе, вызывая переход к пламенному горению.

Материалы для пламени

Многие материалы могут поддерживать тлеющую реакцию, включая уголь, табак, гниющую древесину и опилки, биотопливо на поверхности леса (дуф) и под поверхностью (торф), хлопковую одежду и веревку, а также полимерные пены (например, материалы для обивки и постельных принадлежностей). Тлеющие топлива, как правило, пористые, проницаемые для потока и состоят из агрегатов (частиц, зерен, волокон или имеют клеточную структуру). Эти агрегаты способствуют поверхностной реакции с кислородом, обеспечивая прохождение газа через топливо и предоставляя большую площадь поверхности на единицу объема. Они также действуют как теплоизоляция, снижая теплопотери. Наиболее изученными материалами на сегодняшний день являются целлюлоза и полиуретановые пены.

Угрозы от пылающего пламени

Характеристики тлеющих пожаров делают их угрозой нового масштаба, принимая форму колоссальных подземных пожаров или скрытых рисков пожарной безопасности, как описано ниже. Пожарная безопасность: Основная опасность тлеющих пожаров заключается в их лёгкой инициации (от источников тепла, недостаточных для воспламенения пламени) и сложности обнаружения. Статистика пожаров указывает на значительную роль тлеющего горения как основной причины гибели людей при пожарах в жилых помещениях (более 25% смертей от пожаров в Соединенных Штатах связаны с пожарами, начавшимися с тления, сопоставимые показатели наблюдаются и в других развитых странах). Типичным сценарием является возгорание мягкой мебели от непотушенной сигареты. Это приводит к длительному тлению (в течение нескольких часов), медленному и незаметному распространению до достижения критических условий и внезапного возникновения пламени; для снижения риска пожаров, вызванных тлением, разработаны самозатухающие сигареты. Тление также представляет собой проблему пожарной безопасности на борту космических объектов (например, Международной космической станции), поскольку считается, что отсутствие гравитации способствует воспламенению и распространению тления. Лесные пожары: Тление лесной подстилки не имеет такого визуального эффекта, как горение открытым пламенем, однако оказывает существенное влияние на лесную экосистему. Тление биомассы может продолжаться дни или недели после прекращения горения открытым пламенем, приводя к потреблению большого количества топлива и являясь глобальным источником выбросов в атмосферу. Медленное распространение приводит к продолжительному нагреву и может вызывать стерилизацию почвы или гибель корней, семян и стеблей растений у поверхности земли. Подземные пожары: Пожары, происходящие на глубине нескольких метров под поверхностью, представляют собой тление колоссального масштаба. Подземные пожары в угольных шахтах, торфяниках и на полигонах твердых бытовых отходов – редкое явление, но при активном горении они могут тлеть в течение длительного времени (месяцев или лет), выделяя в атмосферу огромное количество продуктов сгорания, ухудшая качество воздуха и вызывая проблемы со здоровьем. Самые старые и крупные пожары в мире, горящие на протяжении столетий, – это тлеющие пожары. Они поддерживаются кислородом, поступающим через небольшие, но непрерывные потоки воздуха по естественным трубопроводам, трещинам, разломам, отверстиям или заброшенным шахтам, обеспечивающим циркуляцию воздуха под землей. Сниженные теплопотери и высокая тепловая инерция подземного пространства в сочетании с обильным наличием топлива способствуют длительному тлению и ползучему, но обширному распространению. Эти пожары трудно обнаружить и практически невозможно потушить. Масштабные торфяные пожары 1997 года на Борнео привели к признанию подземных тлеющих пожаров глобальной угрозой со значительными экономическими, социальными и экологическими последствиями. Летом 2006 года торфяные пожары на Борнео возобновились. Обломки Всемирного торгового центра: После теракта, пожара и последующего обрушения башен-близнецов 11 сентября 2001 года колоссальная куча обломков (1,8 миллиона тонн) тлела на месте более пяти месяцев. Попытки пожарных потушить ее не увенчались успехом, пока не была удалена большая часть завалов. Влияние газообразных и аэрозольных продуктов тления на здоровье спасателей было значительным.

The characteristics of smouldering fires make them a threat of new dimensions, taking the form of colossal underground fires or silent fire safety risks, as summarized below. Fire safety: The main hazards posed by smouldering arise from the fact that it can be easily initiated (by heat sources too weak to ignite flames) and is difficult to detect. Fire statistics draw attention to the magnitude of smouldering combustion as the leading cause of fire deaths in residential areas (more than 25% of the fire deaths in the United States are attributed to smoulder initiated fires, with similar figures in other developed countries). A particularly common fire scenario is a cigarette igniting a piece of upholstered furniture. This ignition leads to a smouldering fire that lasts for a long period of time (in the order of hours), spreading slowly and silently until critical conditions are attained and flames suddenly erupt; fire resistant cigarettes have been developed to reduce the risk of fire due to smouldering. Smouldering combustion is also a fire safety concern aboard space facilities (e. g., International Space Station), because the absence of gravity is thought to promote smouldering ignition and propagation. Wildfires: Smouldering combustion of the forest ground does not have the visual impact of flaming combustion; however, it has important consequences for the forest ecosystem. Smouldering of biomass can linger for days or weeks after flaming has ceased, resulting in large quantities of fuels consumed and becoming a global source of emissions to the atmosphere. The slow propagation leads to prolonged heating and might cause sterilizations of the soil or the killing of roots, seeds, and plant stems at the ground level. Subsurface fires: Fires occurring many meters below the surface are a type of smouldering event of colossal magnitude. Subsurface fires in coal mines, peat lands and landfills are rare events, but when active they can smoulder for very long periods of time (months or years), emitting enormous quantities of combustion gases into the atmosphere, causing deterioration of air quality and subsequent health problems. The oldest and largest fires in the world, burning for centuries, are smouldering fires. These fires are fed by the oxygen in the small but continuous flow of air through natural pipe networks, fractured strata, cracks, openings or abandoned mine shafts which permit the air to circulate into the subsurface. The reduced heat losses and high thermal inertia of the underground together with high fuel availability promote long term smouldering combustion and allow for creeping but extensive propagation. These fires prove difficult to detect, and frustrate most efforts to extinguish them. The dramatic 1997 peatland fires in Borneo caused the recognition of subsurface smouldering fires as a global threat with significant economic, social and ecological impacts. The summer of 2006 saw the resurgence of the Borneo peat fires. World Trade Center debris: After the attack, fire and subsequent collapse of the Twin Towers on September 11, 2001, the colossal pile (1.8 million tons) of debris left on the site smouldered for more than five months. It resisted attempts by fire fighters to extinguish it until most of the rubble was removed. The effects of the gaseous and aerosolized products of smouldering on the health of the emergency workers were significant.

Полезные приложения

У тлеющего горения есть некоторые полезные применения. Биоуголь – это древесный уголь, получаемый в результате тления и/или пиролиза биомассы. Он может стать краткосрочным решением для снижения концентрации CO2 в атмосфере. Уголь – стабильное твердое вещество с высоким содержанием углерода, что позволяет использовать его для секвестрации углерода в почве. Естественное разложение и сжигание деревьев и сельскохозяйственных отходов вносит значительный вклад в выбросы CO2 в атмосферу. Биоуголь может быть использован для хранения части этого углерода в почве, одновременно повышая ее продуктивность. Биоуголь имеет потенциал для применения в технологиях с отрицательным углеродным следом при производстве энергии. В управлении лесными пожарами контролируемое тление может применяться для уменьшения поверхностного горючего материала с низкой скоростью распространения. Такие пожары, поддерживаемые в тонком слое, имеют два преимущества: их легко контролировать и они наносят минимальный ущерб лесному массиву. Тление шин с одновременным получением дегтя и энергии – один из методов переработки шин. Термическое воздействие на нефтяных месторождениях все чаще используется для повышения нефтеотдачи, когда традиционные методы добычи оказываются неэффективными или слишком затратными. Тление на месте рассматривается как новая технология для ремедиации загрязненных почв.