Hfdst. 13[pdf, 13628kb]

Adjudant hoofdstuk 13
de ontwikkeling van een brand

Inhoud
1 warmtebalans
2 warmtestuwing
3 warmteoverdracht
4 vlamoverslag
5 vuurbelasting
6 verbrandingssnelheid en –temperatuur
7 de standaardbrandkromme
8 de standaardbrandkromme vs koolwaterstofbrand

1. warmtebalans
Q in : de toegevoerde warmtestroom
de warmtestroom die van buitenaf aan het proces wordt toegevoerd
(vb ontstekingsbron)
Q productie : de geproduceerde warmtestroom
de warmte die per tijdseenheid in het proces zelf wordt opgewekt
(vb bacteriën, ontledingsreactie)
Q uit : de afgevoerde warmtestroom
de warmtestroom uit het proces naar de omgeving door conductie,
convectie of radiatie
Q opslag : de opgeslagen warmte per tijdseenheid
de warmte die in het proces wordt opgeslagen waardoor de temperatuur
stijgt

warmtebalans
het verband tussen deze 4 warmtestromen heet warmtebalans
Q uit is afhankelijk van het temperatuursverschil tussen het proces en de omgeving
Q in + Q productie = Q uit + Q opslag
Opwarming als Q in + Q productie > Q uit + Q opslag
Afkoeling als Q in + Q productie < Q uit + Q opslag
De Wet van behoud van energie: de totale hoeveelheid energie in een geïsoleerd systeem is
constant. Energie alleen kan worden omgezet van de ene in de andere vorm (massa,
kinetisch, chemisch, thermisch, ...)
gloeilamp bedolven onder hooi leidt tot zelfontbranding

ekenvoorbeeld

2. warmtestuwing
• treedt op wanneer er meer warmte wordt geproduceerd dan er wordt afgevoerd
• smeulproces gaande naar normale brand
• warmtestuwing kan bij langzaam verlopende oxidatieprocessen aanleiding geven
tot zelfontbranding
• vb kachel/isolatie/houten wand
• door langdurige verhitting wordt het hout pyrofoor

Het verbrandingsproces
Bij elke 10°C temperatuurstijging verloopt de verbranding ongeveer 2 maal zo snel
Ontsteking bij 20°C temperatuur naar 200° (Arrhenius)
De brand in het beginstadium bestrijden !!!

Voorbeelden van warmtestuwing
a) Zelfontbranding
b) Decompositiereacties
c) Ongecontroleerde polymerisatie
d) Runaway reacties

warmtestuwing
a) zelfontbranding

zelfontbranding
stof wordt door zelfverhitting opgewarmd tot de zelfontbrandingstemperatuur
geen energietoevoer van buitenaf
instabiele stoffen
kritische temperatuur
invloedsfactoren:
temperatuur
oppervlak/warmteafgifte
materiaaleigenschappen
temperatuursverschil met de omgeving
O 2-toevoer
poreuze stoffen
vochtgehalte
dichtheid stapeling
verontreiniging
pyrofore stoffen filmpjes voor hfdst 13\Brainiac Alkali Metals.mp4

zelfontbranding
• Is a problem for ever compound that oxidizes or
decomposes at “normal” temperatures
• Familiar compounds are
– Ammonium nitrate
– Hay
– Gunpowder
• Less familiar are
– Dust/filings of iron
– Tires
– Cocoa
– Many (pure) pharmaceuticals

zelfontbranding
• Haystacks and compost piles may self-ignite because of heat produced by bacterial fermentation.
• Linseed oil in a partially confined space (such as a pile of oil-soaked rags left out in an uncovered container)
can oxidize leading to a buildup of heat and thus ignition.
• Coal can ignite spontaneously when exposed to oxygen which causes it to react and heat up when there is
insufficient ventilation for cooling.
• Pistachio nuts are highly flammable when stored in large quantities, and are prone to self-heating and
spontaneous combustion.
• Large cow manure piles can spontaneously combust during conditions of extreme heat.
• Cotton and linen. When these materials come into contact with polyunsaturated vegetable oils (linseed,
massage oils), bacteria slowly decompose the materials, producing heat. If these materials are stored in a
way so the heat cannot escape, the heat build up increases the rate of decomposition and thus the rate of
heat build up increases. Once ignition temperature is reached, combustion occurs with oxidizers present
(oxygen).

oei bij hooi

J. Dilley, survivor of the sinking of the TITANIC, reported to following:
The TITANIC sailed from Southhampton on Wednesday, April 10,
1912, at noon. From the day we sailed the TITANIC was on fire, and my sole
duty, together with eleven other men, had been to fight that fire. We had
made no headway against it. The fire started in bunker No. 6.
There were hundreds of tons of coal stored there. The coal on top of
the bunker was wet, as all the coal should have been, but down at the bottom
of the bunker, the coal had been permitted to get dry. Two men from each
watch of stokers were told off, sir, to fight that fire. The stokers, you know,
sir, work four hours at a time, so twelve of us was fighting flames from the
day we put out of Southhampton until we hit the iceberg.
No we didn't get that fire out, and among the stokers there was talk,
sir, that we'd have to empty the big coal bunkers after we'd put our
passengers off in New York and then call on the fireboats there to help us put
out the fire. But we didn't need such help.
It was right under bunker No. 6 that the iceberg tore the biggest hole
in the TITANIC, and the floor of water that came through, sir, put out the fire
that our tons and tons of water had not been able to get rid of.

warmtestuwing
b)decompositiereacties
15

Warmteproductie [J/s]
50
40
30
20
10
0
-10
AN : Gevaren – Temperatuursverloop - Grafisch
• tot 175°C : Endotherm
• ca 180°C : Begin ontbinding !
• ca 200°C : Begin exotherm
• vanaf 230°C : Exponentiële temperatuuraanstijging !
• In een tijdspanne van 12 tot 33u : van 150 naar 220°C
AN98,8% in oven op 240°C
100 125 150 175 200 225 250 275
Temperatuur AN oplossing [°C]

ammoniumnitraat
(1) NH 4NO 3 (v) HNO 3 (vl) + NH 3 (g) [H = +184 kJ/mol]
(2) NH 4NO 3 (v) N 2O (g) + 2H 2O (g) [H = -36 kJ/mol]
(3) NH 4NO 3 (v) ½ N 2 (g) + NO (g) + 2H 2O (g) [H = -28 kJ/mol]
Als (2) & (3) overwegend voorkomen :
H = enthalpie = negatief Exotherm (‘Zelfonderhoudend’)
Massale vorming van (nitreuze) gassen
NH 4NO 3 (v) N 2 (g) + 2H 2O (g) + ½ O 2 (g)
Sterk exotherm
Enorme gasvorming :
bv. : 80 g AN leidt tot 115 liter gas (bij 150°C)
Ontstaan van zuurstof

decompositiereacties
filmpjes voor hfdst 13\Deeltje organische peroxide.wmv

warmtestuwing: c) Polymerisatie reacties
a) Additie reacties (radicalair!)
Aaneenschakeling van dubbele of driedubbele bindingen
b) Condensatie reactie (condensatie: vrijzetting van gassen!)
Reactie tussen reactieve groepen zoals COOH, OH, NH 2 of NH, … ter vorming
van esters, ethers, amides enz.

Polymerisatie reacties
a) Additie polymerisatie (radicalair)
Start reactie: warmte en/of druk en/of initiator (+ katalysator)
Initiator: molecule dat vrije radicalen vormt (bv. peroxiden, vinylchloride enz.)
o.i.v. licht en/of warmte (ontbindingen met vorming van radicalen)
Propagatie: elke reactie zorgt voor vorming van een nieuw radicaal
Terminatie (stoppen): als twee radicalen met elkaar reageren stopt de polymerisatie
HOE HOGER DE CONCENTRATIE AAN RADICALEN, HOE MOEILIJKER TE STOPPEN

Hoe radicalaire polymerisatie voorkomen?
Vermijd de vorming van radicalen of vang ze weg
• Stabilisatoren Bv. BHT (butylated hydroxytoluene)
• Inhibitoren (nitrobenzeen, gebutyleerd hydroxyl tolueen, difenyl picryl hydrazyl DPPH)
• Vermijd katalysatoren (doet werking inhibitoren en stabilisatoren teniet)
• Vermijd warmte (veroorzaakt radicaal vorming, verhoogd de interactie tussen moleculen,
geeft de energie nodig om de reactie te starten)
• Vermijd licht (vaak oorzaak voor vorming van radicalen/ dissociatie via fotolyse)
21

Voorbeelden van polymeren via additie polymerisatie
22

Polymerisatie reacties
b) Condensatie polymerisatie (condensatie reactie met vrijzetting van gassen)
In plaats van dubbele bindingen zijn het nu functionele groepen die reageren!
Elk monomeer heeft minstens 2 functionele groepen
Start reactie: warmte en/of druk (+ katalysator)
Reactie tussen twee functionele groepen (-COOH, - OH, -NH 2, NH, …) met vrijzetting van
een gas (water, alcohol, zuur, CO 2, …)
Reactie van 1,4-phenyl-diamine (para-phenylenediamine)en terephthaloyl chloride ter vorming van Aramide

Voorbeelden van polymeren via condensatie polymerisatie

Voorbeelden van polymeren via condensatie polymerisatie

Polymerisatie reacties
Reactiekinetiek
Polymerisatie snelheid wordt beïnvloed door:
• Concentratie monomeren en radicalen (in geval radicalair)
• Katalysatoren (verlagen activeringsenergie, versnellen de reactie)
• Stabilisatoren of inhibitoren (temperen de reactie)
• Temperatuur en druk
• Type reagentia (bepalen type reactie: condensatie of radicalair), type initiator

Polymerisatie reacties
Gevaren verbonden aan polymerisatiereacties (afhankelijk van type)
• Vrijzetting van warmte (hoeveelheid afhankelijk van polymeer, hoeveelheid product,
concentratie, katalysatoren of niet enz.).
• Gevaar voor runaway!!! (moeilijk te stoppen tenzij de reactie nog traag is!)
• Mogelijk sterke volume toename!
(drukopbouw in gesloten ruimten van de polymeer zelf en zeker als er een
schuim gevormd wordt)
Specifiek voor additie polymerisatie (radicalair):
• Opgelet voor de aanwezigheid van radicaal vormers zoals peroxiden en andere initiators,
maar ook solventen zoals ethers, enz. welke gekend zijn als peroxide vormers!
Specifiek voor condensatie polymerisatie:
• Bijkomend gevaar door vrijzetting van gas tijdens de reactie!
- Extra gevaar afhankelijk van chemische aard van het gas (bv. HCl)
- Drukopbouw in gesloten vat

Polymerisatie reacties
Gevaren verbonden aan polymeren (afhankelijk van type)
Aan polymeren (de stoffen zelf) zijn ook gevaren verbonden
• Polymeren zijn een aaneenschakeling van verschillende monomeren en kunnen een
brede variatie aan chemische groepen bevatten welke bij verbranding schadelijke gassen
kunnen vrijzetten.
Ze bevatten vaak: Cl (bv. PVC, neopreen), CN (bv. PUR, polyacrylonitrile),
zwavel (bv. gevulcaniseerd rubber), aromaten (bv. polystyreen), …
filmpjes voor hfdst 13\CSB Safety Video Reactive Hazards.mp4

25 augustus 1972: Kettingbotsing Prinsenbeek
In de ochtend van 25 augustus 1972 hangen er
dichte mistbanken in het lage land rond Breda.
Op de autosnelweg A16 Rotterdam-Breda ontstaat
ter hoogte van Prinsenbeek een aanrijding,
waarvoor de hardrijdende achteropkomers,
waaronder veel vrachtauto's, niet meer op tijd
kunnen remmen.
Over een afstand van 500 meter en op beide
rijbanen rijden voertuigen op elkaar in.
Er ontstaan felle branden. Er vallen 13 doden en
26 gewonden.

Polymerisatie reacties

22 april 2008: namiddag
• Lege tanks volautomatisch reinigen
• Tegen de regels als er nog gevulde tanks zijn
• Fout: verkeerde tank gereinigd, bekend om 20 uur
• Water geïnjecteerd in tank 4C met ca. 600 ton
P-MDI (polymer-methyleendifenyldiisocyanaat)

Feiten MDI
– Sensibiliserend
– T>100°C, reactie niet meer te stoppen
– Thermische ontleding > 230° C
– Product reageert normaliter met water onder vorming van
kooldioxide met een volume vergroting tot max. factor 30
– Reageert met water om overwegend onoplosbare polyurea
te vormen die chemisch en biologisch inert zijn
– Reactie zie je aankomen (druk, volume, temperatuur,
visueel)

22 april 2008: 20.00 uur
• Druk en temperatuur nemen toe van 35 tot 70°C
• Overdrukventiel wordt manueel bediend >70mBar
• Kapitein neemt contact op met Stolt
research-laboratorium
• Resultaten tests volgens labo Stolt:
– Tolueen stopt de reactie, maar lading is dan verloren;
– Purgen met stikstof of kooldioxide vertraagt de reactie
(voorkoming hotspots)
• Deel lading (200m³) wordt overgepompt naar andere
tank

22 april 2008: 23.00 uur: de alarmering
• Agent Stolt contact Rotterdam Port Authority (RPA)
i.v.m. reactie in de tank
• RPA laat de Brandweer, AGS en Zeehavenpolitie
alarmeren
• AGS vraagt een producent van MDI in het
Botlekgebied (Huntsman) om specialistische
ondersteuning
• Aan boord zijn om 23.30 uur de officier van diensten
van de brandweer, de RPA, de politie en AGS

23 april 2008: vanaf 00.00 uur 1e Inventarisatie
• Chemicaliëntanker bevat naast MDI ook nog:
– Palmolie
– TDI
– Acrylzuur
– Vetzuren
– Smeerolie
– Tolueen
– Benzeen
– Ethylacrylaat
– Propyleenglycol
– Alkylbenzeen
– Nog meer MDI……
– Et cetera

23 april 2008: 01.00 uur
• Dilemma:
• Feiten:
– Tolueen bij mengen verlaagt het vlampunt
– MDI blijft doorreageren met water
– Purgen met stikstof voorkomt hotspots, maar dan wordt
water gemengd door lading
– Toevoegen tolueen maakt lading waardeloos
(Economische waarde ca. € 2.250.000,--)
• Specialisten hebben verschillende meningen
– Over de reactietijd
– Purgen / mengen waterlagen
– Stoppen reactie
• Huntsman specialisten kennen deze grote hoeveelheden niet

– Reactie met water kan zorgen voor een
volumevergroting tot ca. 10.000-15.000 m³!!!
– Maar de tank is nog geen 1000 m³ groot
– Reactieproduct loopt uit tank
Standaard IMDG-procedure
Materiaal zal in dit geval actief op zee worden
gedumpt. Veel materiaal zal worden omgezet
tot onoplosbaar drijvend polyureum
Een deel zal als schuimbrokken aan de kust
aanspoelen

• Scenario’s met het grootste effectgebied
– Ontleding zonder brand waarbij blauwzuur, NOx en
MDI-damp vrijkomen
• Blauwzuur ………..3 - 5 kg/s (AGW: 10 mg/m³)
• Stikstofoxiden…….3 - 5 kg/s (AGW: 10 mg/m³)
• MDI damp ………..5 - 15 kg/s (AGW: 2 mg/m³)
– Ontleding met brand levert minder MDI damp maar
meer stikstofoxiden

Stavaza 23 april 2008: 04.00 uur
ankinspectie leert:
MDI is aan het reageren
– Temperatuur lijkt stabiel 70 graden
– Blauwzuurmeting positief: 30 ppm
– Kooldioxidemeting positief: 6%
– Metingen geven aan dat ook ontledingsreacties
plaatsvinden

23 april 2008: 14.00 uur: GRIP 1 De zaak escaleert!
RIVM berekent:
– Mogelijke explosiescenario’s: ruitbreuk tot 30
meter van schip en grote gaswolk tot kilometers
– Beste plaats voor mogelijke lozing (40 km uit kust)
– Toxicologische behandelmethodiek voor CO2, CO,
stikstofoxiden en blauwzuur t.b.v. GAGS wordt
verspreid
Directeuren veiligheidsdiensten komen bijeen en
besluiten separaat van het CoPI dat het schip direct
naar zee moet

Wat gebeurt er tussen 27 april - medio mei 2008
• 27 april 2008 is de lading afgekoeld en reactie
is gestopt
• Innovation mag haven weer in
• Daar wordt de lading overgepompt naar een
lichter en daarna gefilterd afgevuld in
tankcontainers.
• Lading is “off spec” maar geen afvalstof
• Lading levert nog veel geld op

warmtestuwing
d) Runaway reacties
Runaway reactions have been
responsible for a number of
catastrophic chemicals accidents,
including those in
Seveso, Italy (1976);
Bhopal, India (1984);
Lodi, New Jersey (1995)

unaway reactie

3. warmteoverdracht

Vormen van warmtetransport
warmteverschil warmtetransport
richting altijd: hoge temperatuur lage temperatuur
Heat Transfer
Heat transfer is a major factor in the ignition, growth, spread, decay and extinction of a fire.
It is important to note that heat is always transferred from the hotter object to the cooler
object - heat energy transferred to and object increases the object's temperature, and heat
energy transferred from and object decreases the object's temperature.
Straling Convectie Geleiding

convectie
• Convectie is de overdracht van warmte door
de beweging van vloeistoffen of gassen
• Bij brand: 70% convectie en 30% straling
• afhankelijk van
– fase in brandverloop
– binnen / buiten
– rookproductie

filmpjes voor hfdst 13\antwerpen ladder noodstop.mpg

convectie

convectie

stratificatie
warme lucht verhindert rook te stijgen
risico bij atria

conductie
• Coductie is de overdracht van warmte
in vaste stoffen of tussen vaste stoffen
bij contact

Warmtegeleidingscoefficienten
• Koper - 370 W/mK
• Staal - 45 W/mK
• Beton - 2 W/mK
• Baksteen - 1 W/mK
• Hout - 0,15 W/mK
• Minerale wol - 0,040 W/mK
• Lucht - 0,026 W/mK

straling

het spectrum: UV-VIS-IR
UV : golflengte tussen 0,1 en 0,38 μm
Zichtbaar : golflengte tussen 0,38 en 0,75 μm
I R : golflengte tussen 0,75 en 220 μm

warmtestraling
warmtebronnen zenden IR straling uit

stralingsemissie
een brand straalt een grote hoeveelheid straling uit
een niet-koolwaterstofbrand vertoond geen CO 2 piek
de energie fluctueert door het flakkeren: flakkerfrequentie (1Hz - 20Hz)

andbare gassen: BLEVE
type inhoud massa kg R1 vuurbol R2 sec. brand R3 brandwond Piekdruk/ruitbreuk Fragmenten
Autogastank 60 L 36 kg 7.5 m 15 m 23 m 23 m 60 m
Kleine tank 8 m³ 4.800 kg 39 m 78 m 116 m 116 m 250 m
Tankwagen klein 30 m³ 18.000 kg 59 m 118 m 180 m 180 m 400 m
Tankwagen groot 40 m³ 24.000 kg 66 m 133 m 200 m 200 m 500 m
Wagontank 70 m³ 42.000 kg 94 m 164 m 300 m 300 m 1.000 m

effecten warmtestraling in kW/m²
Heat Flux (kW/m 2 ) Example
1 Sunny day
2.5 Typical firefighter exposure
3-5
Pain to skin within seconds
20 Threshold flux to floor at flashover
84 Thermal Protective Performance Test (NFPA 1971)
60 - 200 Flames over surface

effecten warmtestraling in kW/m²

ichtwaarden voor hittestraling

isico op brandwonden

isico op brandwonden

isico op brandwonden

Warmtestraling
• Fakkelbrand
• Plasbrand
• BLEVE

Warmtestraling bij fakkelbrand
Brand bus

Ghislenghien, 30 juli 2004

Warmtestraling bij plasbrand

plasbrand: vuistregels
Vuistregels voor opp.: 1m³ = 100 m²
10m³ = 250 m² verharde bodem
Max = 1500 m²
Vuistregels voor warmtestraling:
4R = 10kW/m²
8R = 3kW/m²
1m³ = 10m² onverharde bodem

5. vuurbelasting

egrippen
• De newton (symbool N) is de afgeleide SI-eenheid van kracht. De eenheid newton is
gedefinieerd als de kracht die een massa van 1 kilogram een versnelling van 1 m/s² geeft:
• De joule (symbool J) is de internationale (SI) eenheid van energie. De joule is vernoemd
naar James Prescott Joule. De joule is gedefinieerd als de energie die nodig is om een object te
verplaatsen met een kracht van 1 newton over een afstand van 1 meter
• Een lamp met een elektrisch vermogen van 1 watt verbruikt in 1 seconde 1 joule aan elektrische
energie.
• Om 1 gram vloeibaar water 1 graad in temperatuur te doen stijgen is ongeveer 4,19 joule nodig
(de precieze waarde hangt af van de temperatuur waarbij men dit doet).
• Het vermogen P [Watt] is arbeid per tijdseenheid (Joule per seconde)

calorische waarde

ekenvoorbeeld
1/ kamer met 50 kg hout, 10 kg PUR
2/ loods: opslag 100.000kg hout en
sandwichpanelen met 2 ton PUR

calorische waarde

andbelasting
• bij industrie wordt de brandbelasting
uitgedrukt in MJ/m²
• gemiddelde brandbelasting ifv gebruik

ekenvoorbeeld
• vb: loods: opslag 100.000kg hout en
sandwichpanelen met 2 ton PUR en een
oppervlakte van 500m² (of 5000m²)
• bijlage 6:

heat release rate
• mass loss rate(MLR): de snelheid waarmee materiaal
opbrandt
• heat release rate (HRR): de snelheid waarmee warmte
wordt afgegeven [J/s of W] van een voorwerp
• HRR is aanduiding voor de intensiteit van de brand
• afhankelijk van omgevingsparameters (ventilatie,
straling, ...)

heat release rate
• HRR van een voorwerp varieert in de tijd
• afhankelijk van vorm
• HRR vroeger en nu filmpjes voor hfdst 13\Residential Fire Side by Side.mp4

heat release rate

Vermogen van een brand
• Een kantoor van 5 m² geeft dan 5MW
• Verbranding gebeurt niet optimaal
• Efficiëntie is 0.45 en bij volontwikkelde fase 0.15
• Rekenen met 0.5: veilige waarde
• Antiventilatie beperkt het vermogen

heat release rate

andmodellering

andmodellering

andmodellering

6. verbrandingssnelheid en -temperatuur
de verbrandingssnelheid wordt beïnvloed door:
de wijze waarop de stoffen zijn verdeeld
homogeen
o gassen
o vloeistoffen
heterogeen
o vaste stoffen
temperatuur
T hoger reactiesnelheid hoger
concentratie reagerende stoffen
O 2-concentratie hoger reactiesnelheid hoger
gasconcentratie (LEL –UEL)
katalysator
warmtebalans

50kg/m²
30kg/m²
20kg/m²
15kg/m²
Standaard-
brand-
kromme
ISO 834
Temperatuursverloop van een volledig ontwikkelde natuurlijke brand bij een ventilatiefactor 0,15
Standaardbrandkromme vergeleken met natuurlijke branden

7. het brandverloop

kettingreactie

Vlammen

andverloop: beginfase
ROOK:
van 1 nanometer tot 10 micrometer
vanaf 0.4 micrometer: zichtbaar
bij smeulen en pyrolyse : grotere rookdeeltjes

thermische degradatie van hout

Algemeen
Rookgassen
Verbrandingsgassen
Co
Ontledingsproducten van organische
Co2
stoffen
Temperatuur Ontledingsproducten
100 °C H 2O drogen van de producten
200 - 300 °C afsplitsing van zwavelwaterstof,
blauwzuur, zwaveldioxide
350 ° C afsplitsing van methaan
500 °C door kraken ontstaan lagere
koolwaterstoffen
600 °C door kraken ontstaan olefinen,
benzeen en hogere aromaten
Luchttoevoer
1. Verbrandingsgassen
2. Ontledingsgassen
Pyrolyse!!!!
3. Vaste deeltjes (roet)

Pyrolyse
deshydratatie en pyrolyse
Waterdamp
(hout 30% water)
brandbare pyrolysegassen
niet omkeerbare
ontleding van een
organische stof door
de hitte zonder dat
daarbij oxydatie hoeft
op te treden
complexe organische
stoffen worden
omgezet in
eenvoudigere stoffen

Pyrolyse
Begin van brand
De verbranding evolueert
Er is meer koolstof in de rook.
De brandstof wordt
omgezet zonder
zichtbare vlammen
Een groot deel van de
koolstof blijft aanwezig in
de brandstof. Dit
verklaart de witte kleur
van de rook.
Indien een brand
zuurstof te kort heeft,
blijft de pyrolyse verder
gaan.
Het vuur heeft zuurstof te kort.

Rookproductie
C
Roet - Rook
CO
Slechte verbranding
door zuurstoftekort
Slechte verbranding
door een obstakel

Rookproductie

Volume van de rook
1 kg papier produceert ongeveer 1000 m³ rook

De 5 Fasen
1. Beginbrand
2. Ontwikkelingsfase
3. Flashover
4. Volontwikkelde brand
5
5. Dooffase
1 2
3
4

0.30
Brand - Verloop

0.30
Brand - Verloop
1.15

1.15
0.30
Brand - Verloop
2.15

0.30
1.15
2.15
Brand - Verloop
3.00

0.30
1.15
2.15
Brand - Verloop
3.17
3.00

0.30
1.15
2.15
Brand - Verloop
3.20
3.00
3.17

De brandcurve
°C
1000
800
600
400
200
Beginbrand Groeifase Volontwikkeld Doven
Beginbrand
Ontwikkeling
Flashover
Volontwikkelde
brand
Dooffase
Temps

Fase 1: Beginbrand

Het vuur verbruikt de
zuurstof in functie van het
volume van het lokaal en de
openingen.
Zolang er voldoende
zuurstof is, zal het vuur
brandstofgecontroleerd
blijven.

Fase 2: De ontwikkeling

In deze fase is de ontwikkeling van het vuur nog steeds gecontroleerd door de brandstof
De vlammen laten de oorspronkelijke brandhaard los
Het zijn de rookgassen die branden
Niet alle pyrolysegassen verbranden. Het niet verbrande gedeelte stijgt op tot aan het
plafond met de rookgassen. Er wordt langzaam een rooklaag gevormd
De hitte neemt toe en straalt naar alle objecten in de kamer
De brand ontwikkelt zich verder

Vorming van een rooklaag
In een ruimte waar de ventilatie onvoldoene is, zullen er steeds meer niet verbrande
deeltjes zijn. Deze verzamelen aan het plafond.
Er is een rooklaagvorming die begint aan het plafond en langzaam zakt. Deze rook is een
brandbaar mengsel.

De rookgassen branden

1
brandlast
3
2
4

Fase 3: Flashover

Fase 4: Volontwikkelde brand
• Uitslaande vlammen
Ofwel is er flashover opgetreden en
hebben we binnen een
volontwikkelde brand
Ofwel wordt de hete uittredende rook
gemengd met zuurstof en ontvlamt
deze rook vanzelf: auto-ignition

Fase 5 De dooffase

ontwikkeling van een brand
• filmpjes voor hfdst 13\Flashover De Stoel 8.28.mpg
• filmpjes voor hfdst 13\Xuxa.wmv

andfenomenen
Rapid fire progress
– flashover (brandstof vs ventilatiegeïnduceerde)
– backdraft
– FGI

Algemeen
Intensiteit van de verbranding
1. De hoeveelheid brandstof
Hoe groter de brandlast hoe meer ontledingsgassen
er kunnen gevormd worden
2. De energie-inhoud van de brandstof
Hoge energiewaarde van de brandstof verhoogt de intensiteit van
3. De de toevoer verbranding. van lucht Dit – vertaalt afvoer rookgassen
zich ook verder naar de
ontledingsgassen
( hoge energiewaarden van de kunststoffen!!)
Spaanplaat 16,5 MJ/kg PVC 20MJ/kg
Eiken 14,5 MJ/kg Polystyreen 42 MJ/kg
Vuren 19 MJ/kg Polyethyleen 46 MJ/kg
Ventilatiemogelijkheden van de ruimte !!!!!

BRANDSTOFGECONTROLEERDE BRAND
VOLDOENDE ZUURSTOF
Voldoende ventilatie
Ja?
brandweer van Kollum
Zolang er
brandstof is zal
de brand zich
voortzetten.

VENTILATIEGECONTROLEERDE BRAND
1)De intensiteit van de
brand vermindert
2)De verbranding met
vlam stopt (-15%)
3)De rookproductie
vergroot.
4)De hitte blijft aanwezig
(afgesloten volume)
5)De pyrolyse gaat verder
6)ontvlambare gassen
stapelen zich op in het
volume.
VOLDOENDE ZUURSTOF
Brand geventileerd?
Brandweer van Kollum (NL)
Nee?
brandweer van Kollum
Ondergeventileerde brand
Foto: Roelof Stroetinga
De verbranding is onvolledig en
produceert veel onverbrande
gassen (rook)

Ventilatie
Voldoende ventilatie
Dubbelzijdige stroming !
Neutrale laag
Neutrale laag

Ventilatie
Geen ventilatie / gesloten ruimte
Hete rookgassen vullen de ruimte
Ontstaan van zuurstoftekort
Brand neemt af in intensiteit
Vorming van ontledingsgassen
gaat nog tijdje door
Temperatuur daalt
Brand zal stikken!

Ventilatie
Ondergeventileerd of te beperkte ventilatie
Pulserende werking

Grafiek van een ondergeventileerde brand
Bij een ondergeventileerde brand zorgt het
tekort aan zuurstof ervoor dat de brand niet
kan evolueren tot flashover.
Hij dooft beetje per beetje.
Het openen van een deur, breken van een
raam kan echter alles terug veranderen.

Flashover

Flashover
Warmte-geïnduceerde overgang gekenmerkt door een plotse en
blijvende overgang van een groeiende brand naar een
volontwikkelde compartimentsbrand.
Veelal ingeleid door het ontsteken van rookgassen ter hoogte van
de neutrale laag, in de vorm van roll-over of vuurtongen in de
rooklaag waarna de stralingswarmte vanuit de rooklaag enorm
toeneemt en alle aanwezige brandbare materialen ontsteekt.
Het moment van vlamoverslag is afhankelijk van:
– de afmetingen van het lokaal
– het isolerend vermogen van de wanden
– de aard van de aanwezige stoffen
– de hoeveelheid zuurstof
filmpjes voor hfdst 13\brand moeder kind.wmv

Flashover: herkenning
1. Sterke toename van de temperatuur
2. Vuurtongen in de rooklaag, roll-over
3. Neutrale laag vordert naar het vloeroppervlak
4. De snelheid van de uittredende brandgassen neemt toe
5. Pyrolyse treedt op bij alle brandbare oppervlakken
6. Zwarte rook
filmpjes voor hfdst 13\LIDL Brand.VOB

Roll over

Flashover
Verloop op de brandcurve
Temperatuur
Flashover
Groeiperiode
Punt A
Punt B
Vol ontwikkelde brand
Zuurstof tekort
Uitdovende brand
Tijd

Flashover
• filmpjes voor hfdst 13\CV000301.avi
• filmpjes voor hfdst 13\flash over stoel.mpg
• filmpjes voor hfdst 13\firewalk.wmv
• filmpjes voor hfdst 13\brand kerstboom.mpeg
• filmpjes voor hfdst 13\living room fire.mpg
• filmpjes voor hfdst 13\flashover-cafe.wmv
• filmpjes voor hfdst 13\Firefighters Nearly Trapped By A Flashover In Gary
Indiana.mp4
• filmpjes voor hfdst 13\Situational Awareness mayday.wmv.avi

Flashover bestrijden ?
Flashover te Berlin 2004
Flashover te Berlin 2004

ook
Witte rook
Lichtgrijze rook
Donkergrijze rook
Zwarte rook

Algemeen
Zelfontbrandingstemperaturen
Butaan 375°C
Propaan 450°C
Ethaan 525°C
Methaan 600°C
Koolmonoxide 600°C

Ventilatie geïnduceerde Flashover
TEMP
TIME
breken van vensters door:
warmteverschil
toffe collega’s
starten van ventilator
filmpjes voor hfdst 13\ventilatie.flv
De brand is ondergeventileerd. Het openen van een deur, breken van
een raam zal verse lucht toevoeren en de brand laten evolueren naar
flashover.

Backdraft

Backdraft: omschrijving
Backdraft is de explosieve verbranding van
verhitte rookgassen
en treedt op als zuurstof plots binnenstroomt in
een lokaal dat niet voldoende geventileerd is
(zuurstof opgebruikt door brand)
Backdraft wordt dus door ventilatie geïnduceerd

Backdraft: herkenning
Het vuur heeft reeds een geruime tijd gewoed in een
gesloten ruimte of ruimte met zeer beperkte ventilatie
( vb zolder, kelder, ….)
Hete ramen en deuren
Zwartgeblakerde ramen, bruine, olieachtige afzetting op de ramen
Ademen van de brand langs kieren en spleten, pulsatie!!
Dikke uittredende rookwolken, geel, grijs, bruin van kleur
Fluitend geluid
Sterke aanzuiging van lucht
Ontbreken van zichtbaar vuur

Backdraft
definitie
Backdraft is de explosieve verbranding van verhitte rookgassen
die optreedt als zuurstof wordt ingebracht in een gebouw dat
niet voldoende geventileerd is en door brand een verlaagde
zuurstofgraad heeft.
Backdraft wordt dus door ventilatie geïnduceerd.

Backdraft
Verloop op de brandcurve
Temperature
Backdraft
Oxygen depletion
Time

Ontvlambaarheid backdraft
Aan de randen van het explosief
gebied verloopt de verbranding
geleidelijker
OEG BEG Min O 2
Aardgas 5 % 15,8% 12%
Bij hogere temperatuur en of druk
wordt het explosief gebied groter
Waterstof 5 % 75 % 5%
Hoe idealer het mengsel, hoe
EXPLOSIEVER DE VERBRANDING
Propaan Drukopbouw 1,7% afhankelijk 9,5% van de 11.5%
expansiemogelijkheid van de gassen
Vlamfront heeft een snelheid van
meerdere m/sec
Koolmonoxide 11 % 75 % 5.5%
Lucht – rookgasmengsel
(premix)

Alarmsignalen
Kleur van de rook
Hitte waarneembaar
Spec. geluiden
Rook komt van
onder de deuren
Rook komt uit kieren
en openingen
Geen
vlammen
te zien
Zwarte ruiten

Backdraft
filmpjes voor hfdst 13\Backdraft Peru SVCD.mpg
filmpjes voor hfdst 13\Backdraft container 0.10.mpg
filmpjes voor hfdst 13\Backdraft PushSuck 0.27.mpg
filmpjes voor hfdst 13\backdraft-usa.wmv

Samenvatting FO / BD
Flash-over
• geventileerd
• diffusie - vlam
• warmte geïnduceerd
• rookkleur zwart (zie GRSTV)
Backdraft
• ondergeventileerd
• premix - vlam
• ventilatie geïnduceerd
• rookkleur grijs – geel -
bruin ( zie GRSTV)

Vergelijking
TEMP
Ventilatie Geïnduceerde
Flashover
TIME
Grafieken: Ed. Hartin, 12-minutes on the Firegrond
TEMP
Backdraft
TIME

Fire Gas Ignition (FGI)

Fire Gas Ignition (FGI)
6 Rookgas explosie
Kan worden ingeleid door een ontstekingsbron in een premix -
mengsel (rookgas - luchtmengsel)
Of door het transport (stroming) van een premix naar een
ontstekingsbron
Of bij een te rijk mengsel waar lucht (O 2) bij komt

Fire Gas Ignition (FGI)
Conductie : pyrolyse geïnduceerd door de warmte van een brand in een naast gelegen compartiment
Lekkage: via openingen of ventilatiesystemen worden de hete rookgassen verder verspreid
Constructie: valse zolderingen, holle wanden, enz….
De toevoer van lucht is niet steeds noodzakelijk als reeds een premix is
gevormd met de aanwezige lucht volstaat een ontstekingsbron !!!!!!

FGI (Fire Gas Ignition)
ZUURSTOF BRANDSTOF
ACTIVATIE-ENERGIE
Ontsteking van een mengsel van
zuurstof met pyrolyse- en
rookgassen dat aanwezig is een
ruimte door een bestaande of
ingebrachte ontstekingsbron.
Een FGI kan plaatsvinden bij kamertemperatuur!

FGI Canada
Ongeval in de nacht van 20 op 21 januari 2006 in Montréal
Ontbranding van opgestapelde pyrolysegassen in een appartement
(Rapport te lezen op internet: kapitein Marcel Marleau)
Meer dan 125 brandweerlui waren er nodig om de brand te blussen die begon
op de eerste verdieping. De kapitein heeft er het leven bij gelaten.
Elektrische verwarming
Pyrolysegassen
Stapelen zich op in de ruimte en het volledige appartement.

FGI de punt
filmpjes voor hfdst 13\De_Punt.wmv

Invulvenster
filmpjes voor hfdst 13\brandrisicos.flv
Zuurstof
Ontstekings-
energie
Brandstof
Flashover Backdraft FGI

Samenvatting
Zuurstof Voldoende
Ontstekings
energie
Brandstof
Flashover Backdraft FGI
Heeft
plaatsgevonden
in eRookgassen
en vroeger
stadium
Moet in
voldoende mate
aanwezig zijn
Er is een gebrek
aan zuurstof in
de ruimte
Het pas
gevormde
mengsel maakt
contact met
gensters
of
Zelfontbranding
Aanwezig
Voldoende
Er is energie
nodig om tot FGI
te komen:
Vonk, vlam,…

tot waar gaan we een BBB uitvoeren?
- met de wetenschap dat we via rookgaskoeling een flashover
kunnen uitstellen/voorkomen
- met een weloverwogen afweging van alle risico’s op basis van
kennis/ervaring en de info bekomen uit de verkenning

persoon bevrijden uit lift
redding zonder
tijdsdruk
schadebeperking
zonder tijdsdruk
REDDING
redding onder
tijdsdruk
LAAG TIJDSDRUK
hoge opbrengst:
arbeidsrisico mag
hoger HOOG
lage opbrengst: geen
arbeidsrisico’s
omgevallen boom verwijderen
SCHADE
persoon redden uit brand
schadebeperking
onder tijdsdruk
branduitbreiding voorkomen

8. de standaardbrandkromme vs
koolwaterstofbrand

8. de standaardbrandkromme vs koolwaterstofbrand