Основи теорії горіння

1. Тема 2. Основи теорії горіння

1

2. Питання

Процес горіння та його характеристики
2. Лісові горючі матеріали та їх
класифікації за М. Курбатським.
Теплотворна здатність ЛГМ
3. Природна пожежна небезпека лісу
1.
2

3. Питання 1

Процес горіння та його характеристики;
3

4. Визначення процесу горіння

Горіння – це процес
швидкого окислення,
при якому виділяється
значна кількість тепла,
що здатна
підтримувати процес
на рівні необхідних
температур
4

5. Стадії горіння сухої гілки

І - від 0 до 100о С - процес нагрівання деревної
частки за рахунок горіння сусідніх ЛГМ;
ІІ- від 100 до 150о С - випаровування всіх видів
вологи;
ІІІ- від 150 до 300о С - процес розкладу
деревини з виділенням горючих газів, початок
обвуглювання (піроліз). Початок горіння.
ІV- від 300 до 500о С процес розкладу всередині
обвугленої частки;
V- від 500 до 1000о С - горіння вугілля з
виділенням чадного газу - СО та його окисленням
до вуглекислоти - СО2;
5

6. Схема горіння сухої гілки

Більше 3000
Температура
горіння
деревних
часток
6

7. За агрегатним станом палива та окислювача розрізняють:

1.
2.
Гомогенне горіння –
горіння газоподібних
речовин у
газоподібному
середовищі (кисень);
Гетерогенне горіння
– горіння твердих і
рідких речовин у
газоподібному
середовищі;
7

8. Трикутник горіння

Кисень
( О2 - 20%)
Тепло (джерело вогню
або сама пожежа )
Лісові горючі
матеріали
(ЛГМ)
8

9. Умови безперервності горіння

Баланс надходження кисню та відвід
продуктів горіння у зоні горіння
Баланс надходження та відводу тепла
9

10. Типи горіння в лісі (за Г.А. Амосовим):

1.
2.
Полум'яне горіння ( 70% тепла,
гомогенне горіння продуктів піролізу
деревини та гетерогенне горіння
твердої фази (вугілля));
Безполум'яне горіння (виділяється
30% тепла - фаза горіння вуглецевого
залишку до перетворення його у золу)
10

11. Інтенсивність горіння

Кількість тепла, яке виділяється з
одиниці площі в одиницю часу
(кДж/м2/с) або kW / м2/с
Важливий показник для визначення
стратегії та тактики гасіння - при
високій інтенсивності горіння пожежні
не повинні знаходитись на лінії вогню
11

12. Фізичні принципи припинення процесу горіння

Зменшення температури в зоні горіння
(збільшення вологості ЛГМ, що вже горять
та потенційних);
Обмеження вільного доступу окислювача
(О2) в зону горіння (пожежна піна, хімічні
реактиви, зміни напрямку та швидкості
вітру);
Обмеження доступу вогню до ЛГМ, які ще
не зайнялись (мінералізовані смуги,
протипожежні розриви, бар’єри, природні
перешкоди – річки, озера ґрунту);
12

13. Питання

1.
2.
3.
Процес горіння та його характеристики
Лісові горючі матеріали та їх
класифікації за М. Курбатським
Теплотворна здатність ЛГМ
13

14. Питання 2.

Лісові горючі матеріали та їх
класифікації за М. Курбатським
14

15. Лісові горючі матеріали

Компоненти фітомаси та мортмаси лісу
(опад, лісова підстилка, рослини
трав'янистого та чагарникового ярусів,
підліску, деревостану – деревина, гілки,
хвоя, листя, кора, деревний відпад,
тощо), горючі хімічні з'єднання .
Інформація про ЛГМ важлива для
прогнозування поведінки пожеж та
для гасіння пожеж
15

16. Головні складові ЛГМ

деревина
та її складові (клітковина
(С6Н10О5), лігнін), досить окислена –
містить 42% кисню
мортмаса в різних стадіях деструкції
фітомаса
смолисті речовини
ефірні масла
16

17. Групи ЛГМ за М. Курбатським

Surface fuels
І – наземні
ІІ – надземні
ІІІ – підземні
17

18. Crown Fuel Loading Sampling

600
y = 3.4331x2.297
Tree weight (kg)
500
R2 = 0.9838
400
300
200
100
0
4
8
Confidence correlation = 0.95
12
16
20
24
28
32
36
Diameter (cm)
18

19. За черговістю загорання ЛГМ можуть бути:

1.
2.
Об'єктами первинного загоряння (від
джерел вогню – антропогенних чи
блискавки)
Об'єктами вторинного загоряння (від
пожежі)
Важливо знати їх співвідношення для
прогнозування пожеж
19

20. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Об'єкти первинного загоряння
1) мохи та лишайники, дрібний опад
2) Живий надґрунтовий покрив та
напівкущі;
3) підріст і підлісок;
Об'єкти вторинного загоряння
4) лісова підстилка і торф;
5) Деревна ламань, захаращеність, відпад;
6) хвоя, охвоєні гілки в полозі лісу.
20

21. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Група 1 (10-11 т/га сухої маси)
Мохи та лишайники, дрібний опад
(загораються при волог. 25-40%); Для
припинення пожежі достаньо 2,5 мм
опадів ЛГМ мають значний
енергетичний потенціал і при горінні
можуть забезпечити підсушування та
загоряння низько опущених крон
дерев.
21

22. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Група 2 (5 т/га сухої речовини). Трави та напівкущі.
Чорниці, вверес, брусниця, багно, молінія мають
стійку вологість і самостійно горіти не можуть провідники горіння. Вони будуть горіти в тому
випадку, коли під ними є опад, мохи або лишайники.
Найбільш пожежонебезпечні верес та багно. Верес,
молінія, куничник утворюють твердий шар сухого
надгрунтового покриття і дуже небезпечні в
пожежному відношені. Товста повсть з решток цих
трав здатна швидко загорятися і сприяти
розповсюдженню горіння. Верес, що загоряється,
створює значні труднощі в гасінні пожежі.
22

23. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Група 3. Підріст та підлісок, як і
напівкущі, мають високу стабільну
вологість. Листяні породи стримують
процес горіння, а хвойні - підсилюють.
Перехід вогню в крони деревного
пологу буде залежати від кількості та
просторової будови хвойного підросту.
23

24. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Група 4. (12 до 30 т/га сухої маси). Лісова підстилка і торф. Їх
вологість лежить в межах від 10 до 500%. Повільно просихають,
особливо в сирих та мокрих едатопах, на болотах. Горіння
підстилки і торфу спостерігається при тривалих періодах без дощу,
найчастіше в другій половині літа та восени. В сухому стані і
лісова підстилка, і торф здатні загорятися від самої маленької
іскорки, тому вважаються надзвичайно пожежонебезпечними. Як
правило, лісова підстилка і торф горять безполум яним горінням.
Щоб припинити горіння цих матеріалів, потрібно витратити багато
води на зволоження. Злива до 40 мм може не припинити горіня.
Відомі випадки, коли горіння висохшого торфу не припинялося
навіть взимку, а весною продовжувалося з новою силою.
Суха лісова підстилка може загорятися від ударів блискавки і не
тільки в «суху» грозу, а навіть в дощ, бо вона повільно
зволожується. Горіння підстилки може розповсюджуватися навіть
при вологості в 70% і більше. Цим пояснюється той факт, що
діючі пожежі не припиняються після випадання відносно
невеликих опадів.
24

25. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Група 5. Вітровал, бурелом, гнилі, пні та порубкові
залишки мають ту характерну особливість, що
змінюють свою вологість в дуже широких межах,
але повільно. Після періоду посухи при проході
через ці матеріали кромки горіння вони можуть
лише обгоряти з поверхні, але утворювати
приховані осередки горіння, які під дією вітру
можуть розвиватися в нову пожежу. Незначні опади
не можуть ліквідувати ці жерела горіння.
При значній захаращеності лісової ділянки при
виникненні загоряння інтенсивність горіння швидко
наростає, а вогонь може переходити в крони дерев.
Гасити пожежі на захаращених ділянках дуже
важко.
25

26. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським) (6 груп)

Група 6. Хвоя, охвоєні гілки в полозі
деревостану мають стійку і досить високу
вологість. Згоряють тілки після
підсушування вогнем, що рухається по
поверхні грунту. Товсті гілки, стовбури
дерев згоряють дуже рідко. Як правило,
після згоряння хвої, листя та тонких гілок
вони засихають. При особливих випадках
великих пожеж їх вважають за потенціальні
горючі матеріали.
26

27. Класифікація ЛГМ по їх здатності до загорання за М. Курбатським)

Scots pine on
dry sites
27

28. Вертикальна зімкнутість різних груп ЛГМ

28

29. Класифікація ЛГМ за впливом на розповсюдження горіння ( М.Курбатський)

Провідники горіння (1,4,5 групи
за здатністю до загоряння);
2. Ті, що підтримують горіння (2,3,6);
3. Ті, що затримують горіння;
1.
Інтенсивність горіння буде залежати від
співвідношення окремих груп ЛГМ та їх
стану
29

30. Теплотворна здатність ЛГМ:

Це кількість тепла, яке виділяється в
процесі горіння лісових матеріалів
Чим менша вологість ЛГМ тим більша теплотворна
здатність ЛГМ внаслідок зменшення витрат тепла
на випаровування
30

31. Теплотворна здатність ЛГМ

ЛГМ
Теплотвірна здатність, кДж/кг
Хвоя сосни, молода
13500
Верес
13300
Торф
13200
Мох Шребера
12500
Лишайник кладонія
12400
Брусниця
11800
Підстилка
11000
Хвоя ялини
10800
31

32. Теплотворна здатність ЛГМ

Суттєво підвищується при горіння покриву
з рослинами з високим вмістом ефірних
речовин:
– Ledum palustre L. - багно звичайне
– Верес – прискорюють горіння
– Папороть знижує інтенсивність горіння
через низьку теплотворну здатність
32

33. Просторове розміщення ЛГМ на вкритих та не вкритих лісом ділянках

33

34. Теплотворна здатність ЛГМ

Теплотворна здатність деревини
залежить від вмісту в ній живиці
1.
2.
3.
4.
сосна - 48 кг/м3
модрина 42 кг/м3
ялина - 17 кг/м3
ялиця - 10 кг/м3
34

35. Теплотворна здатність ЛГМ

Теплотворна
здатність соснової
живиці 35000 кДж /
кг;
ділянки соснового
лісу з наявністю
живиці на стовбурах
відносяться до
пожежонебезпечних
35

36. Теплотворна здатність ЛГМ

При пожежі в лісі горять не
окремі ЛГМ, а їх комплекс в
самому різноманітному
співвідношенні
Для вирішення практичних
задач, наприклад, визначення
необхідної кількості води для
гасіння пожежі необхідно
знати сумарну теплотворну
здатність горючих матеріалів
в тому чи іншому типі лісу
36

37. Питання 4. Природна пожежна небезпека лісу

37

38. Природна пожежна небезпека лісу

«Клас природної пожежної небезпеки показник, що характеризує
лісові насадження за ступенем небезпеки
виникнення в них пожеж»
(Положення про лісові пожежні станції,
2005)
38

39. Природна пожежна небезпека лісу

Сукупність лісівничих та екологічних
ознак лісу або лісових земель, яка
визначає особливості виникнення та
розвитку пожежі у ньому:
Вкрита / не вкрита лісом ділянка
Переважаюча порода для вкритих лісом
Вік насадження
ТЛУ (гігротоп та трофотоп)
Лісова підстилка
покрив
/ живий надгрунтовий
39

40. Природна пожежна небезпека лісу

40

41. Природна пожежна небезпека лісу

41

42. Природна пожежна небезпека лісу

42

43. Природна пожежна небезпека лісу

43

44. Природна пожежна небезпека лісу

44

45. Вирубки

Після сходу снігового покриву та
припинення дощів на вирубках пожежна
небезпека утворюється швидше, ніж в
лісостанах.
Часто пожежа, що виникла на вирубці,
переходить в лісові насадження
Небезпека пожежі підвищується при
умові, що рядом з вирубкою зростають
хвойні молодняки, культури
45

46. Шкала природної пожежної небезпеки земельних ділянок лісового фонду

Запропонована І.С. Мелеховим (1952) для
оцінки пожежної небезпеки лісових
ділянок
Виділено 5 класів пожежної небезпеки за
природними умовами.
В 1963 р. шкала була внесена до
лісовпорядкувальної інструкції СРСР
У модифікованому вигляді затверджена як
нормативний документ в Україні (1997)
46

47.

КП
Н
І
Об'єкт загоряння
Порода
Вік
Гігротоп
Хвойні
< 40
Всі
Хвойні
> 40
0 та 1
Сосна гірська,
ялівець, туя
всі
всі
Незімкнуті
лісові культури
всіх порід
всі
всі
Зруби з під хвойних, згарища,
загиблі насадження (вітровали,
буреломи)
Зруби з під листяних, інші не
вкриті лісом землі серед
хвойних
Ліси з ЩРЗ >15 Кі./км2
Імовірні види пожеж,
умови і тривалість
періоду їх можливого
розповсюдження
Низові – весь п/н сезон,
з наявністю
деревостану - верхові
47

48. ІІ клас пожежної небезпеки

Хвойні
> 40
2 (свіжі)
Листяні
всі
1 (сухі)
ІІ
Низові – весь п/н
сезон, верхові
протягом
пожежних
максимумів
48

49. ІІІ клас пожежної небезпеки

Хвойні
ІІІ
Листяні
3-4 (вологі –
Низові та верхові в
> 40
сирі)
період в період
літніх пожежних
всі
2 (свіжі)
максимумів
49

50. ІV клас пожежної небезпеки

Хвойні
Листяні
> 40
5 (мокрі)
всі
3-4 (вологісирі)
Зруби листяних порід (серед
ІV листяних порід)
Інші не вкриті лісом землі (серед
листяних порід)
Низові пожежі
можливі тільки
в періоди
пожежних
максимумів
Угіддя (сіножаті, пасовища)
Лісові розсадники, плантації, сади,
ягідники
50

51. V клас пожежної небезпеки

Листяні
всі
5
Не вкриті лісовою
рослинністю землі (лісові
V
шляхи, просіки, візири, п/п
розриви).
Нелісові землі (крім сіножатей,
пасовищ, садів, ягідників)
Виникнення пожежі
можливо тільки при
довгострокових
посухах
51

52. Середній клас пожежної небезпеки лісництва (кварталу, лісгоспу)

S1 S 2 S 3 V S 4 V S5
S1 S 2 S 3 S 4 S 5
І, ІІ, ІІ, ІV, V - класи природної пожежної небезпеки;
S1; S2; S3; S4; S5 - площі насаджень або ділянок лісу,
які віднесені до того, чи іншого
пожежної небезпеки.
класу природної
52