Горение железа в паре

Одной из причин необычного типа пожара на судне является последствие упуска воды в котле. Самый последний инцидент такого характера произошел на эсминце и его результат показан на прилагающихся рисунках. При расследовании, которое проводилось, судовой механик сказал, что, когда он спустился вниз котельного отделения, огня в топке не было, но верхний ряд труб был раскален до бела, и расплавленный металл капал через трубные соединения вниз топки. Огонь был в верхней части, и металл трубок горел.

Хорошо известно из химии, что железо подвержено горению в паре, с выделением свободного водорода. Возгорание происходит при температуре около 700⁰ С и реакция будет прекращена, если материалы охладить ниже температуры накала. В то время, как горение железа в паре может протекать независимо от поступления кислорода из воздуха, водород, произведенный в результате реакции, будет гореть в контакте с воздухом, если температура выше достаточной для сгорания. Здесь подразумевается, что это два типа горения одновременно, один в паре, а другой в воздухе. Любая попытка перекрытия доступа воздуха возможна привела бы к прекращению горения водорода, в то время, как другое горение продолжалось бы, а водород, сконцентрировавшись вверху может стать причиной взрыва.

В своих показаниях судовой механик говорил, что когда он спустился вниз, он увидел интенсивное пламя в верхней части котла, но ниже трубки котла были в нормальном состоянии. В этот момент невозможно было точно определить какие разрушения котла произошли, но было ясно видно, что верхние кожухи котельного отделения были раскалены. После проверки закрытия всех топливных клапанов судовой механик загерметизировал котельное отделение, чтобы исключить доступ свежего воздуха, он надеялся, что это поможет тушению пожара, но, фактически, это ухудшило положение. В это же время первый лейтенант занимался разоружением с четверенной зенитной установки и обнаружил, что один, или два ящика нагрелись. Распыленная вода была направлена через двери вниз шахты дымохода и это действительно помогло охладить кожух как с внешней, так и с внутренней стороны дымохода. Судовой механик продолжал регулярно продолжал регулярно проверять котельное отделение на предмет отсутствия пожара за пределами кожуха котла.

На стадии пожара на судно прибыл дивизионный инженер-механик, который заметил, что нецелесообразно пускать воду вниз шахты дымохода. Через дверь шахты была пущена пена, но интенсивность огня увеличилась. После этого из старой котельной трубы с изогнутым концом был изготовлен переходник к пожарному шлангу, и струя воды через дверь кожуха шахты дымохода была направлена непосредственно на пламя. Между 07:00 и 12:30, когда огонь был потушен, в топке котла пламени не наблюдалось, огонь был между котельными трубками. Вместе с раскаленными трубками было видно мерцающее пламя, причиной этого было выделение свободного водорода.

Окисление железа в паре с выделением кислорода происходит всегда, если котел, или отдельные трубки перегреты. Реакция начинается в отверстиях трубок перед разрывом. Последующий выброс воды охлаждает перегретые трубки ниже температуры вспышки и, омывая, удаляет окалину в районе разрыва, но черный оксид всегда присутствует в отверстиях малого размера на каждой стороне разрыва. Если источник тепла не удалить, то реакция выделения водорода будет начинаться снова.

Возможность устойчивой реакции в других условиях не должна упускаться из виду, особенно, когда возникает необходимость в остановке котла, подготовке к его открытию для очистки, в то время, как в котле остается пар. В этих условиях котел может быть слишком грязным, и возможно большое количество тлеющей сажи в соединениях труб и коллекторов. Пока количество воды в котле находится в районе рабочего уровня, такое скопление сажи не представляет опасности.

Если, тем не менее, котел остановлен и воздушные захлопки открыты с целью быстрого охлаждения котла, увеличенная подача воздуха может ускорить сгорание сажи до такой степени, что температура труб станет достаточной для возникновения этой реакции во внутренних пространствах труб.

Скопление сажи будут тлеть долгое время. Когда котел остановлен для очистки, нельзя ускорять его охлаждение путем открытия люков и усиленной подачи воздуха. После остановки котел не должен оставаться без присмотра, пока давление пара не снизится до нуля, и люки лазов для доступа внутрь котла должны быть закрыты.

Реакция, которая основана на процессе Лейни, производящая водород может быть выражена следующим образом:

3Fe + 4H₂O = Fe₃ + 4H₂

(Fe₃O₄ -черный оксид железа, который иногда называют как ferrosic oxide).

Реакция экзотермическая, т.е. производит тепло, и сама себя поддерживает до тех пор, пока:

а) температура не станет ниже 700⁰ С, или

б) все железо не окислится, или

с) не снизится подача пара.

В результате такой реакции 168-и фунтов железа с паром, произведенным 72-я фунтами воды, получится 8 фунтов водорода. При атмосферной температуре 8 фунтов водорода заполняет шар диаметром 14 футов.

Пар можно разложить на водород и кислород только нагревом, но только 0,0007% разложиться при температуре 1124⁰ С и 11% - при 2656⁰ С. Ясно, что термическое разложение пара не может быть причиной пожара.

Опираясь на теорию и рассмотренный выше случай, становится ясно, что лучший способ тушения такого пожара – это подача большого количества воды в основании огня в возможно короткий промежуток времени. Струя воды из пожарного шланга – лучший метод для достижения этой цели. Может возникнуть необходимость в изготовлении специального приспособления для направления струи. Интенсивная подача распыленной воды может иметь адекватный эффект, но слабая подача распыленней воды будет не желательна, т.к. это может привести к образованию пара, и охлаждающий эффект не будет тем самым достигнут.

По вполне понятным причинам попытки «задушить» горение железа в паре снижением доступа воздуха обречены на неудачу. Более того – это потенциально опасная попытка. Второе горение водорода в воздухе может быть потушено, и высокая опасность концентрации водорода, что может привести к взрыву. Водород должен удаляться так же быстро, как и производится. Оборудование для вентиляции должно быть включено, по возможности, полностью для удаления несгоревшего водорода и, если возможно, снизить подачу пара в район раскаленного железа.

Пена – не эффективный агент при таких пожара, т.к. охлаждающий эффект меньше, чем у воды. Пена применима при тушении разливов топлива. Чего не было в рассматриваемом случае.

Надо помнить, что распыливание менее эффективно, чем струя при таких пожарах, но распыливание может быть использовано для предотвращения распространения пожара на другое оборудование, обеспечивая тем самым все возможное, чтобы исключить образование добавочного пара по соседству с горением железа в паре.

Подобный случай произошел в Германии на крейсере «Принц Евгений». Вследствие упуска воды из котла пожар произошел в котельном отделении. Были повреждены трубы и произошло возгорание разлитого топлива. Корабль был оборудован стационарной установкой для производства инертного газа. Были произведены герметизация отсека и нагнетание инертного газа. В конце первого часа возгорание разлитого топлива было потушено, но когда был открыт отсек, котельные трубки продолжали гореть, и это горение продолжалось еще 4 часа. Горение прекратилось только тогда, когда весь пар из котла был выпущен.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: