هنگامی که صحبت از آتش (Fire) به عنوان یکی از عناصر چهارگانه‌ی زمین به میان می‌آید شاید پیش چشمانمان بیش از گرمای این عنصر روشنی بخش، حوادث بزرگی بیاید که ترس و وحشت را برای مردم به ارمغان آورده است. با توجه به زمینه‌ی فعالیت کسب‌وکاری مرکز اعلام حریق آرات، امروز بر آن شدیم تا درباره‌ی مفهوم حریق یا آتش سوزی که معادل عبارت انگلیسی (conflagration) است صحبت کنیم. اما به درستی حریق یا آتش سوزی چیست؟ این واژه از کی ابداع شد، چه حوادثی در تاریخ بشر با واژه‌ی حریق گره خورده، و اصلا پایه و اساس شکل گیری یک آتش سوزی به چه مواردی وابستگی دارد؟ ما امروز میخواهیم در مطلبی مفصل به پیشینه‌ی حریق و آتش سوزی‌های بزرگ در دنیا بپردازیم.
آتش و حریق – موهبتی که گاهی برای بشر دردسرساز شد!
آتش سوزی‌های بزرگی درتاریخ ثبت شده که تلفات وسیع انسانی با خسارات بالای مالی و حتی صدمات جبران ناپذیر فرهنگی به ابنیه و اشیاء در برداشته است. به طور مثال در سال 1750 ده هزار خانه در شهر قسطنطنیه در حریق سوخت، در سال 1756 پانزده هزار خانه در مسکو و درسال 1853 کلیه خانه‌‌های واقع در 13 هکتار زمین در نیویورک در آتش سوخت. در شیکاگو در سال 1871 تعداد 17450 واحد ساختمانی طعمه حریق گردید. در سال 1966 در شهر لندن 13300 ساختمان در اثر حریق گسترده ویران شد. طبق آمار در انگلستان در سال 1996 بیش از 532 هزار فقزه آتش سوزی ثبت شده که یک سوم آن در محیط‌های کاری اتفاق افتاده که باعث بیش از 600 مورد مرگ و 16000 جراحت به افراد شدت است.
آمریکا – کویت – انگلستان؛ حریق از تمام کشورها قربانی می‌گیرد!
بر اساس آمار مدیریت حریق کشور آمریکا (USFA) در سال 2004 میلادی شاخص تعداد حریق 5280 فقره به ازای یک میلیون نفر جمعیت بوده است که در طی این سال شاخص صدمات انسانی منجر به مرگ 13/3 در میلیون نفر و 33/4 دلار به ازای هر نفر جمعیت بوده است. در سال 2010 میلادی در همین کشور طبق آمار انجمن حفاظت در برابر حریق (NFPA) تعداد 1331500 فقره آتش سوزی رخ داده که شامل 3120 نفر تلفات جانی، 17720 نفر مجروح و 11/6 میلیارد دلار خسارت مستقیم بوده است.
آتش سوزی چاه‌های نفت کویت در جریان جنگ خلیج فارس علاوه خسارت مالی بسیار بزرگ، باعث آلودگی بخش وسیعی از آب و هوا گردید. جنگل سوزی گسترده در کشورهای مختلف که یک مشکل قاره‌ای قلمداد گردیده و رو تزاید می‌باشد از نمونه‌های بارز خسارات حریق به محیط زیست است. آمار نشان داده است که حریق‌های بزرگ معمولا برای اولین بار و بدون پیش آگهی ملموسی برای ساکنین و شاغلین رخ می‌دهد و این در حالی است که طبق بررسی‌ها حداقل 75% از موارد حریق قابل پیشگیری می‌باشد.
تاریخچه‌ی حریق‌های بزرگ در تاریخ معاصر ایران
در تاریخ اخیر ایران آتش سوزی جلفا در سال 1355 یک میلیارد تومان خسارت بر جای گذاشت. طبق بررسی‌‌های انجام شده از نتایج آمار سازمان‌های آتش نشانی، در ایران در دهه 70 شمسی هر سال بین 600 تا 900 مورد آتش سوزی در شهر‌های کشور به ازای هریک میلیون نفر جمعیت ثبت شده است.
هر چند در ایران در دو دهه‌ی اخیر با توجه به ارتقاء سطح ایمنی با استفاده از تجهیزات کشف و اعلام حریق در برابر حریق قابل توجه بوده است. لیکن گسترش صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، و صنایع وابسته و پایین دستی آن در دهه 1380 و ادامه آن در دهه 1390 می‌تواند یکی از کانون‌های مستعد آتش سوزی صنعتی باشد و در سال‌های 85 تا 90 اخبار ناگواری از حوادث انفجار و حریق صنعتی گزارش شده است که نگران کننده می‌باشد.
از جان سوز ترین آتش سوزی‌های سال‌های اخیر در دی ماه 1395 رخ داد و دامن ساختمان پلاسکو تهران واقع در چهار استانبول را گرفت که آتش ده‌ها نفر از آتش‌‌نشان‌های شجاع ما در بر گرفت. این حادثه تا ابد در حافظه‌ی تاریخی مردم ما جاودان خواهد ماند.
ماهیت شکل گیری حریق از منظر علم فیزیک
حریق عبارت از یک سری عملیات شیمیایی و اکسیداسیون سریع حرارت زای مواد قابل اشتعال ( واکنشهای گرما زا) است که معمولا به صورت گرما و شعله ظاهر می‌گردد. وقوع هر حریق نیاز به زمینه‌های فیزیکی و شیمیایی محل وقوع دارد. اصولا عوامل مؤثر در ایجاد آتش سوزی متعدد می‌باشد ولی برای ایجاد آتش وجود 4 عامل زیر که به هرم آتش معروف است ضروری است و در صورت حذف حداقل یکی از آنها ادامه حریق ممکن نیست. این عوامل شامل: اکسیژن، حرارت(گرما)، مواد قابل اشتعال و واکنشهای زنجیره‌ای می‌باشند.
اکسیژن
حداقل تراکم اکسیژن لازم در هوا برای آتش گیری 16% می‌باشد. بیشتر حریق‌ها در 15% اکسیژن هم تا حدودی برقرار می‌باشند، برخی مواد مثل HNO3، R-O-OR و اکسید‌های آلی نیز در حین حریق بخشی از اکسیژن مورد نیاز خود را تأمین می‌کنند. برای کنترل این گونه حریق‌ها اقدامات ویژه لازم است.
مواد سوختنی
تمام موادی که به نحوی قابلیت تجزیه و اکسیداسیون گرما زا را دارند به عنوان ماده سوختنی قلمداد می‌شوند. این مواد می‌توانند جامد، مایع، گاز، با منشأ طبیعی یا مصنوعی باشند. سرعت سوختن یا گسترش شعله در مواد مختلف متفاوت است لذا برخی مواد ممکن است بتوانند اکسیده شوند اما در شرایط عادی ماده سوختنی تلقی نمی‌گردند.
حرارت
برای شروع هر آتش سوزی لزوما نیاز به درجه حرارت کافی می‌باشد، حتی در مواقعی که حریق شروع شده باشد، اگر حرارت کاهش یابد دامنه حریق محدود و بالاخره خاموش می‌گردد حرارت لازم در مطالعه آتش گیری مواد با سه اصطلاح تعریف می‌گردد:
- نقطه شعله زنی
- نقطه آتش گیری
- درجه اشتعال
فرهنگ واژگان حریق از دید آتش‌نشان‌ها
نقطه شعله زنی
درجه حرارتی است که در آن درجه حرارت، یک ماده سوختنی (یا در حال تبدیل به مایع) به اندازه کافی بخار می‌گردد و به محض نزدیک شدن شعله یا جرقه به آن باعث شعله ور شدن و شروع حریق می‌گردد. با دور کردن منبع احتراق از محل، بخار فوق الذکر آتش نخواهد گرفت. موادی با نقطه شعله زنی کمتر از 37/8 درجه سانتی گراد، بسته به استانداردی که اعمال می‌گردد قابل اشتعال، و مایعاتی با نقطه شعله زنی بالای این دما قابل احتراق تلقی می‌گردند.
روش تعیین نقطه‌ی شعله زنی
ساده ترین آزمایش برای تعیین آن در تجهیزات ظرف در باز، نمونه را درون ظرف ریخته و حرارت می‌دهند و هر چند درجه یک بار، شعله‌ای را از روی سطح آن عبور می‌دهند. نقطه اشتعال اندازه گرفته شده در حقیقت با تغییر ارتفاع شعله از سطح مایع متفاوت خواهد شد. در ارتفاع مناسب اغلب نقطه دمایی متناظر را ثبت می‌کنند. نقطه شعله زنی، بیشتر یک مقیاس تجربی و عملی است تا اینکه یک پارامتر فیزیکی اساسی باشد
مقدار اندازه گیری شده بسته به نوع دستگاه و گوناگونی پروتکل‌های استاندارد شامل کاهش افزایش دما، زمان تخصیص داده شده برای هم دما شدن بخار و مایع، حجم نمونه و حتی نحوه هم زدن آن، نتیجه‌‌های متفاوتی خواهد داشت. استاندارد ASTM D-92 این آزمایش را شرح داده است.
در صورتی که گرمای مورد نیاز برای تداوم آتش وجود نداشته باشد در آتش گیری سوخت‌ها در درجه حرارت مربوط به نقطه شعله زنی حریق ادامه نخواهد داشت لذا برای حریق نیاز به حرارت بالاتری است که به آن درجه آتش گیری می‌گویند.
نقطه آتش گیری
نقطه آتش گیری بیان کننده حداقل دمای مورد نیاز برای شروع حریق در یک مخلوط مایع-بخار در فضای مظروف می‌باشد که در نزدیکی سطح مایع توسط یک شعله محرک باعث آتش گیری آن برای مدت حداقل 5 ثانیه می‌شود ولی الزاما به معنای ادامه حریق نیست. نقطه آتش‌گیری بالاتر از نقطه شعله زنی بوده و حدودا 10 درجه سانتی گراد بیش از نقطه شعله زنی مواد مختلف می‌باشد.
درجه اشتعال
درجه اشتعال یا درجه خودبهخود سوزی کمترین درجه حرارت مورد نیاز جهت ادامه احتراق ماده سوختنی یا آتش گیری آن بدون محرک خارجی می‌باشد. درجه اشتعال برای هرسوخت درجه حرارتی سوخت درجه حرارتی است که انرژی محرکه آن اجزاء متشکل از مولکول‌های ماده را از هم جدا می‌سازد. این درجه برای جامدات، مایعات و حتی بخارات قابل تعمیم است.
در این حرارت بخار کافی برای ادامه حریق تولید می‌شود. مثلا در سوختن بنزین درجه اشتغال درجه‌ای از حرارت که می‌تواند باعث شکستن پیوند‌های آن برای تشکیل شعله گردد. لازم به ذکر است که درجه اشتعال از درجه آتش گیری هر ماده بالاتر است.
تعریف خودبهخود سوزی در فرایند حریق
آتش گیری پایدار مواد همیشه نیاز به جرقه یا شعله ندارد، بلکه در درجه حرارت اشتعال ممکن است آتش گیری انجام و حتی خودبهخود سوزی اتفاق افتد. این عمل ممکن است پس از رسیدن به درجه اشتعال رخ دهد و یا واکنش شیمیایی بین مواد یا بالا رفتن تراکم گاز‌های ارگانیسمی محیط قابل اشتعال(ضایعات آلی و حیوانی) شود حریق و بدون منشاء خارجی را پدید آورد.
واکنشهای زنجیره‌ای، بُعد چهارم ایجاد حریق
امروزه در بحث ماهیت آتش، بُعد چهارمی برای ایجاد حریق معلوم گردیده است که به آن واکنشهای زنجیره‌ای می‌گویند این زنجیره در شکستن مولکول‌های بزرگ و ترکیبات ساده تر و نهایتا ترکیب مکرر ماده سوختنی با اکسیژن حاصل می‌گردد و تداوم آتش وابسته به آن نیز هست.
واکنشهای زنجیره‌ای هرچند در شروع آتش گیری نقش اصلی ندارند لیکن برای ادامه آتش به منظور شکستن ترکیبات. مولکولی بزرگ به ترکیبات ساده تر ضروری است. این عامل در گذشته جزء عوامل اصلی قلمداد نمی‌شد ولی بررسی‌‌های علمی وجود آن را برای تدوام حریق اثبات نموده است.
تفاوت انفجار و حریق چیست
انفجار عبارت از آزاد شدن انرژی با سرعت زیاد است که نتیجه اکسیداسیون سریع است. تفاوت حریق و انفجار به خاطر میزان انرژی حاصله نیست بلکه مربوط به سرعت تولید انرژی است. مثلا احتراق بنزین 11500 کالری به ازای هر گرم و ماده منفجره TNT فقط 2674 کالری به ازای هر گرم انرژی تولید می‌کند، ولی این انرژی در یک پنج هزارم ثانیه آزاد می‌شود و یک سانتیمتر مکعب از TNT معادل 9000 سانتیمتر مکعب گاز تولید می‌کند.
بین میزان مصرف اکسیژن برای تولید انرژی حرارتی د رسوخت‌ها تفاوت قابل ملاحظه‌ای وجود ندارد و معمولا به ازای هر لیتر اکسیژن مصرفی برای سوختن 4/74 کیلو کالری انرژی تولید می‌گردد.
مهمترین دلایل و شرایط بروز حریق
عوامل و شرایط متعددی می‌توانند در بروز حریق ایفای نقش نمایند که مهمترین آنها شامل موارد زیر است:
آتش گیری مستقیم
مانند نزدیک نمودن شعله به مواد سوختنی و آتش گرفتن مستقیم آن ماده
افزایش تدریجی دما
افزایش دما در یک توده زغال سنگ یا مواد آلی و حیوانی که به تدریج دمای آنها در اثر فشار و فعل انفعالات بالا رفته و شروع به سوختن می‌کنند.
واکنشهای شیمیایی:
واکنشهای نظیر ترکیب آب و اسید، پتاسیم و آب، فسفر با اکسیژن هوا، اسید نیتریک با کاغذ می‌تواند عامل شروع حریق گردد.
اصطکاک:
مالش بین دو جسم آتش گیر مانند دو قطعه چوب خشک یا ترمز شدید چرخ‌های هواپیما روی باند فرودگاه از نمونه‌های این شرایط است.
تمرکز پرتوهای مرئی و غیرمرئی:
در این حالت به دلیل خاصیت ذره بینی، تمرکز نور روی اشیاء باعث حریق می‌گردد.
الکریسیته جاری:
حرارت حاصل از عبور جریان برق از یک هادی دارای مقاومت بالا می‌تواند سبب حرارت و آتش گردد.
الکتریسیته ساکن:
به دلیل ایجاد جرقه ناشی از اختلاف پتانسیل در مکان‌هایی که دارای گاز یا بخار مواد آتش گیر باشند می‌تواند اهمیت داشته باشد.
صاعقه:
صاعقه دارای صدها هزار ولت اختلاف پتانسیل الکتریکی است و می‌تواند به راحتی سبب بروز حریق گردد.
انفجار ناشی از مواد منفجره:
دینامیت یا TNT و بسیار مواد منفجره دیگر در حین انفجار می‌توانند آتش سوزی‌های وسیعی را ایجاد نمایند.
تراکم بیش از حد ماده سوختنی:
تراکم بیش از حد مواد سوختنی در حالت بخار یا گاز مشابه آنچه که در موتور‌های درون سوز اتفاق می‌افتد همراه با یک عامل راه انداز مانند جرقه می‌تواند سبب بروز حریق گردد.
چه عواملی بر گسترش و شدت حریق موثر هستند؟
عوامل زیر می‌توانند بر میزان گسترش حریق مؤثر باشند:
- افزایش دسترسی حریق به اکسیژن: این عامل توسط جریان هوا امکان پذیر می‌گردد هم چنین در مواردی که حین سوختن می‌توانند اکسیژن آزاد نمایند، حریق گسترش بیشتری خواهد داشت.
- ثبات شیمیایی ماده سوختنی: هر چه ثبات ماده بیشتر از نظر حالت و ترکیب شیمیایی کمتر باشد، بر شدت حریق می‌افزاید.
- سطح ماده سوختنی: هرچه سطح ماده قابل احتراق گسترده تر باشد شدت و سرعت حریق بیشتر می‌شود. مثلا طبقه بندی مواد در انبار‌های بزرگ، منابع سوخت با سطح بزرگ و پراکندگی مواد در سطح در سطح زمین، پوشش گیاهی و امثال آن از این جمله‌اند، گسترش حریق در سطوح عمودی سریعتر از سطوح افقی است.
مرحله بندی رخداد حریق از منظر آتش‌نشان‌ها
فاز اول (شروع حریق)
در این مرحله اکسیژن کافی در دسترس می‌باشد و بیشترین محصولات آن CO و CO2 است. حرارت شعله در این مرحله حدود هزار درجه فارنهایت می‌باشد. گسترش حریق در این مرحله تصاعدی بوده و مدت زمان رسیدن به اوج حرارت کوتاه و کمتر از نیم ساعت است
فاز دوم (سوختن آزاد)
در این مرحله علاوه بر هوای داخل محوطه حریق جریان هوای بیرون نیز به دلیل اختلاف حرارت به داخل آتش کشیده می‌شود و هوا به دلیل گرم شدن باعث گسترش حریق می‌گردد. درجه حرارت در ارتفاع و طبقات بالای محل حریق تا 1300 درجه فارنهایت می‌رسد. در این فاز به تدریج درصد اکسیژن رو به کاهش رفته و به حدی می‌رسد که حریق بدون شعله می‌گردد.
در این مرحله تراکم گاز‌ها و ذرات در هوا بیش از حد و فشار داخل بنا بسیار بالا می‌باشد. تداوم فاز دوم وابسته به وسعت فضا و دسترسی به هوا و سوخت می‌باشد و می‌تواند از یک ساعت تا چندین روز ادامه داشته باشد. گسترش حریق به سایر مناطق برای دسترسی به مادهه سوختنی در این مرحله انجام می‌گردد.
فاز سوم (سوختن کند)
این مرحله، به نام فاز آخر موسوم است و حریق آن شعله ندارد. وسعت حریق در این مرحله محدود شده و مراکز آتش تبدیل به نقاط منفصل می‌گردد. در این مرحله حرارت در اطراف حریق حدود 1000 درجه فارنهایت می‌باشد که به تدریج رو به کاهش می‌گذارد. نکته اساسی در این فاز تراکم و فشار زیاد گاز‌ها است. در پایان این مرحله به تدریج مواد قابل احتراق تبدیل به زغال یا خاکستر شده و حریق نیز به تدریج سرد می‌گردد.
فاز برگشت شعله
این فاز الزاما در تمام حریق‌ها وجود ندارد ولی اگر تراکم گاز‌های قابل احتراق در هوا بالا باشد، به دلیل اختلاط با هوا مجددا آتش گرفته است و سبب برگشت شعله می‌گردد که لزوما تداوم زیادی نخواهد داشت. این فاز در صورتی خطر افرین است که منابع سوختنی جدیدی در دسترس آتش قرار گیرد. در عملیات اطفاء حریق پس از خاموش کردن آتش باید یک اکیپ عملیاتی برای مبارزه با برگشت آتش یک تا دوساعت در محل باقی بماند.
چگونگی گسترش شعله، با سرعتی که میزان حرکت شعله را بر روی سطوح مشخص می‌کند و با عددی مشابه آن بیان می‌کنند. این سرعت وابسته به جنس مواد مشتعل و شرایط حریق است. به طور کلی می‌توان گسترش شعله را به صورت عدد یا سرعت طولی بیان نمود.
نمره گسترش شعله در مواد مختلف نیز تعیین می‌شود که بر اساس نمره مبنا می‌باشد نمره مبنا مربوط به آزبست و برابر صفر است. بر اساس نمرات آتش گیری هر ماده درجه بندی از یک تا پنج انجام شده است که شامل مواد غیر قابل احتراق تا تند سوز می‌باشد.
تقسیم بندی انواع حریق
برای آسان تر شدن اطفاء حریق و سهولت در خاموش کردن آتش، انواع حریق بر اساس شکل ماهوی مواد سوختنی گروه بندی می‌شود:
حریقِ گرید A
این نوع حریق آتش گرفتن مواد معمولی قابل احتراق است که غالبا جامد هستند و دارای مواد آلی طبیعی یا مصنوعی هستند مانند کاغذ، چوب، پارچه و پلاستیک که پس از سوختن خاکستر می‌شوند.
حریقِ گرید B
این نوع حریق سوختن مایعات قابل اشتعال است و یا جامد‌هایی که قابلیت تبدیل به مایع شدن است مانند مواد نفتی و روغن‌های نباتی
حریقِ گرید C
این دسته شامل آتش‌سوزی ناشی از گاز‌ها یا مایعات یا تجمیع آنها است که خیلی راحت به گاز تبدیل می‌شود مانند گاز مایع، و گاز شهری
حریقِ گرید D
حریق این دسته ناشی از آتش گرفتن فلزاتی است که خیلی زود اکسید می‌شود مانند منیزیم، سدیم و پتاسیم.
حریقِ گرید E
حریق‌های این دسته ناشی از آتش گرفتن با منشاء برق است مانند حریق در وسایل الکتریکی و الکترونیکی. که سوختن کابل برق و تابلو برق و وسایل برقی و کامپیوترها جزو این گروه به خساب می‌آیند.
