Правильная организация противопожарных мероприятий и тушения пожаров невозможна без понимания сущности химических и физических процессов, которые происходят при горении. Знание этих процессов дает возможность успешно бороться с огнем.
Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Окислителем в процессе горения может быть кислород, а также хлор, бром и другие вещества.
В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха. Этот вид окислителя и принят в дальнейшем изложении. Горение возможно при наличии вещества, способного гореть, кислорода (воздуха) и источника зажигания. При этом необходимо, чтобы горючее вещество и кислород находились в определенных количественных соотношениях, а источник зажигания имел необходимый запас тепловой энергии.
Известно, что в воздухе содержится около 21% кислорода. Горение большинства веществ становится невозможным, когда содержание кислорода в воздухе понижается до 14-18%, и только некоторые горючие вещества (водород, этилен, ацетилен и др.) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10% и менее. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большинства веществ прекращается.
Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. Источником зажигания может быть горящее пли накаленное тело, а также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др.
Горючие системы подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют горением кинетическим. Скорость его определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации. Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным горением, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом-диффузией.
Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения. По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси, наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.
Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида: тепловой, цепной и комбинированный - цепочечно-тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции. Практически процессы горения осуществляются преимущественно по комбинированному цепочечно-тепловому механизму.
Сгорание различают полное и неполное. При полном сгорании образуются продукты, которые неспособны больше гореть: углекислый газ, сернистый газ, пары воды. Неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др.
Ориентировочно количество воздуха (м 3), необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м 3 газа),
где Q - теплота сгорания, кДж/кг, или кДж/м 3 .
Теплота сгорания некоторых веществ: бензина-47 000 кДж/кг; древесины воздушно-сухой -14 600 кДж/кг; ацетилена - 54400 кДж/м 3 ; метана - 39400 кДж/м 3 ; окиси углерода - 12600 кДж/м 3 .
По теплоте сгорания горючего вещества можно определить, какое количество тепла выделяется при его сгорании, температуру горения, давление при взрыве в замкнутом объеме и другие данные.
Температура горения вещества определяется как теоретическая, так и действительная. Теоретической называется температура горения, до которой нагреваются продукты сгорания, в предположении, что все тепло, выделяющееся при горении, идет на их нагревание.
Теоретическая температура горения
где m - количество продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг вещества; с - теплоемкость продуктов горения, кДж/ (кг*К); θ - температура воздуха, К; Q - теплота сгорания, кДж/кг.
Действительная температура горения на 30-50% ниже теоретической, так как значительная часть тепла, выделяющегося при горении, рассеивается в окружающую среду.
Высокая температура горения способствует распространению пожара, при ней большое количество тепла излучается в окружающую среду, и идет интенсивная подготовка горючих веществ к горению. Тушение пожара при высокой температуре горения затрудняется.
При рассмотрении процессов горения следует различать следующие его виды: вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв.
Вспышка - это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов.
Возгорание - возникновение горения под воздействием источника зажигания.
Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Возгораемость - способность возгораться (воспламеняться) под воздействием источника зажигания.
Самовозгорание - это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания.
Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.
Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).
Горение при этом возникает без внесения источника зажигания - за счет теплового или микробиологического самовозгорания.
Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.
Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси). Температура самовоспламенения является важной характеристикой горючего вещества.
Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения.
Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей, газов и твердых веществ, имеющих применение в машиностроительной промышленности, приведены в табл. 28.
Таблица 28 Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей
Вещество | Температура самовоспламенения, °С |
Фосфор белый |
20 |
Сероуглерод |
112 |
Целлулоид |
140-180 |
Сероводород |
246 |
Масла нефтяные |
250-400 |
250 | |
Бензин А-76 |
255 |
380-420 | |
Каменный уголь |
400 |
Ацетилен |
406 |
Этиловый спирт |
421 |
Древесный уголь |
450 |
Нитробензол |
482 |
530 | |
612 | |
625 | |
Окись углерода |
644 |
700 |
Помимо температуры самовоспламенения, горючие вещества характеризуются периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Периодом индукции называют промежуток времени,
в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции для одного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температуры и давления.
Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом, если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет.
Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения. Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов.
Некоторые вещества могут самовозгораться, находясь при обычной температуре. Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф, ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности. Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла. В случае, когда количество образующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара.
Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий.
На машиностроительных предприятиях применяются многие вещества, способные к самовозгоранию. Самовозгораться при взаимодействии с воздухом могут сульфиды железа, сажа, алюминиевая и цинковая пудра и др. Самовозгораться при взаимодействии с водой могут щелочные металлы, карбиды металлов и др. Карбид кальция (СаС 2), реагируя с водой, образует ацетилен (С 2 Н 2).
ГОРЕНИЕ - сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, харак-ся само ускоряющимся превращением и сопровождается выделением большого кол-ва тепла.
ПОЖАР - неконтролируемое горение, причиняющие материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.
ВЗРЫВ - бысторое превращение вещества(взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных произвести работу.
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ - начало пламенного горения под воздействием источника зажигания.
САМОВОЗГОРАНИЕ - возгорание в результате само инициирующихся экзотермических процессов.
САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ - самовозгорание, сопровождающееся пламенем.
ТЛЕНИЕ - беспламенное горение
Горение представляет собой процесс окисления или взаимодействия горючего вещества с кислородом воздуха. Окислителями в процессе могут быть - хлор, бром. Азотная кислота, бертолетова соль, пероксид натрия и некоторые другие вещества.
Для возникновения и развития процесса горения необходимы горючее вещество, окислитель и источник зажигания. Состояние горючих веществ может быть гомогенным и гетерогенным. Гомогенное - компоненты в основном в газообразном состоянии - кинетическое горение. Если компоненты перемешены, то - диффузное горение. Горение хар-ое границами раздела фаз - гетерогенное. Горение по скорости: дефлаграционное (несколько м/c), детонационное(тысяч м/c), взрывное (неск сот м/с).
Горение может быть в двух режимах: самовоспламенение, заключающееся в самопроизвольном возникновении пламенного горения предварительно нагретой до некоторой критической температуры горения смеси (называемой температурой самовоспламенения) и появляющегося в одновременном (в виде вспышки) сгорании всей горючей смеси, и в режиме распространения волны горения ()распространения фронта пламени по холодной смеси при ее локальном зажигании (воспламенении) внешним источником.
Пламя - видимая зона горения, в которой наблюдается свечение и излучение тепла.оно само становиться источником тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси Ю за счет чего обеспечивается перемещение фронта пламени.
Важнейшей особенностью процесса горения является само ускоряющийся характер химического превращения, переходящего в реакцию горения. Такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловое и цепное.
ТЕПЛОВОЕ- причина ускорения реакции, окисления и возникновения горения является превращение скорости скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода, а при ЦЕПНОМ -превышение вероятности разветвления цепей над вероятностью их обрывов. Температура самовоспламенения - показывает при какой тем-ре вещество воспламеняется без -tсам - наименьшая температура вещ-ва или его смеси с воз-ом при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций приводит к воспламенению(возгорание происходит) без источника воспламенения.
Tсам- один из самых важных показателей пожарооп, газов, жидк-ей и пылей, показать использ-ся для классиф-ии газов и паров по группам взрывоопас для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, а так же для опред-го максимально допустимую температуру нагрева пов-ти технологического оборудования.
T сам зависит от:
- - химического строения вещества
- - состава(наличие примесей)
- -наличие положительных или отриц-ых катализ-ов.
теории механизмов само ускоряющихся превращений при горении:
Тепловоге воспламенения химически однородной горючей смеси, находящейся в сосуде объемом V.
При низкой температуре T0 реакция между горючим и окислителем практически не протекает - отсутствие активных молекул. Для того чтоб они появились - нужно горючую смесь нагреть жо более высокой температуры T1. возникшая при этом реакция окисления сопр-ся выделением тепла, за счет чего горючая смесь нагревается. Скорость выделения тепла q будет пропорциональна скорости реакции окисления и теплоте сгорания смеси:
q1 = QVk0C(в степени v) e (в степени E/RT1)
Q- теплота сгорания горючего вещества
V- объем горючей смеси
k0 - предэкспоненц множитель
C- концентрация горючего в смеси.
v- суммарный порядок реакции
Е- энергия активации.
Однако как только температура смеси горючей превысит температуру стенок сосуда и внешней среды Т1 и поднимиться до Т2 возникнет теплоотвод от горючей смеси к стенкам сосуда(температура пов-ти технологического оборуд-ия не должно превышать 80% стандартной температуры самовоспламенения, она отличается заметно от стандартной) и далее к внешней среде. Скорость теплоотвода q2 можно посчитать пропорциональной разности температур горючей смеси и стенок сосуда:
б- коэффициент теплоотдачи от горючей смеси к стенкам сосуда, S- общая поверхность стенок сосуда, Т1-ТЕМПЕРАТУРА СТЕНОК; Т2- температура горючей смеси.
При создавшейся разности температур дальнейший нагрев горючей смеси будет зависеть от отношения скоростей теплоотвода и тепловыделения. Если q1>q2 горючая смесь, окисляясь, будет само разогреваться до возникновения горения. Если q1=q2 то горения не будет.
В области низких тем-р газ нагревается до тем-ры стенки. Если тем-ра стенки снизится, то тем-ра смеси пойдет вниз. После точки С тем-ра выше, то начинается прогрессирующее саморазогревание смеси, которое может закончиться самовоспламенением.
Вещества имеющие тем-ру воспламенения меньше +50 С называются - самовозгорающимися (самая опасная группа веществ). Тепло не надо подводить, чтобы ускорить реакцию, реакции окисления идут с такой скоростью, что они могут закончиться пламенным горением.
В зависимости от природы:
- - тепловые
- -химическое
- -микробиологическое самовозгорание
Чем ниже температура самовозгорание, тем опаснее вещество.
При температуре стенки и начальной температуру горючей смеси Т0"" q1>q2, происходит самовозгорание, при температуре стенки Т0" само разогрев горючей смеси происходит только до температуры Т(точка А) q1=q2 - нагревание невозможно выше этой температуры. q1 Определяется температура самовоспламенения определяется экспериментально при н.у (давлении, стехиометрической концентрации горючих газов или паров в воздухе) . при цепном воспламенении причиной ускорения реакции окисления является превышение скорости разветвления цепей над скоростью их образования. Чисто цепное самовоспламенение - давольно редкое явление, протекает при низких давлениях ниже 0.1МПа, когда отсутствует заметный разогрев за счет реакции и его влияние на само ускорение реакции. q1=q2 - положение неустойчивого равновесия q1>q2 скорость тепло прихода меньше скорости теплоотвода (все тепло опасности нет) q1 УСЛОВИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ САМОВОЗГОРАНИЯ ВЕЩЕСТВА СКЛОННЫЕ К САМОВОЗГОРАНИЮ: Микробиологическое самовозгорание - микроорганизмы, деятельность которых сопровождается выделением тепла, тем-ра может подниматься до 50-60С вплоть до температуры самовозгорания. У микроорганизмов - особенность если тем-ра повыситься до 70 С а самовозгорания не произошло, то микроорганизмы погибают. Правильная организация противопожарных мероприятий и тушения пожаров невозможна без понимания сущности химических и физических процессов, которые происходят при горении. Знание этих процессов дает возможность успешно бороться с огнем. Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Окислителем в процессе горения может быть кислород, а также хлор, бром и другие вещества.* В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха. Этот вид окислителя и принят в дальнейшем изложении. Горение возможно при наличии вещества, способного гореть, кислорода (воздуха) и источника зажигания. При этом необходимо, чтобы горючее вещество и кислород находились в определенных количественных соотношениях, а источник зажигания имел необходимый запас тепловой энергии. Известно, что в воздухе содержится около 21% кислорода. Горение большинства веществ становится невозможным, когда содержание кислорода в воздухе понижается до 14-18%, и только некоторые горючие вещества (водород, этилен, ацетилен и др.) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10% и менее. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горение большинства веществ прекращается.* Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. Источником зажигания может быть горящее пли накаленное тело, а также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др. Горючие системы подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют горением кинетическим. Скорость его определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации. Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным горением, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом-диффузией. Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения. По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси, наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.* Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида: тепловой, цепной и комбинированный - цепочечно-тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции. Практически процессы горения осуществляются преимущественно по комбинированному цепочечно-тепловому механизму. Сгорание различают полное и неполное. При полном сгорании образуются продукты, которые неспособны больше гореть: углекислый газ, сернистый газ, пары воды. Неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др. Ориентировочно количество воздуха (м3), необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м3 газа): где Q - теплота сгорания, кДж/кг, или кДж/м3. Теплота сгорания некоторых веществ: бензина-47 000 кДж/кг; древесины воздушно-сухой -14 600 кДж/кг; ацетилена - 54400 кДж/м3; метана - 39400 кДж/м3; окиси углерода - 12600 кДж/м3.* По теплоте сгорания горючего вещества можно определить, какое количество тепла выделяется при его сгорании, температуру горения, давление при взрыве в замкнутом объеме и другие данные. Температура горения вещества определяется как теоретическая, так и действительная. Теоретической называется температура горения, до которой нагреваются продукты сгорания, в предположении, что все тепло, выделяющееся при горении, идет на их нагревание. Теоретическая температура горения: де m - количество продуктов горения, образующихся при сгорании 1 кг вещества; с - теплоемкость продуктов горения, кДж/ (кг*К); и - температура воздуха, К; Q - теплота сгорания, кДж/кг. Действительная температура горения на 30-50% ниже теоретической, так как значительная часть тепла, выделяющегося при горении, рассеивается в окружающую среду. Высокая температура горения способствует распространению пожара, при ней большое количество тепла излучается в окружающую среду, и идет интенсивная подготовка горючих веществ к горению. Тушение пожара при высокой температуре горения затрудняется. При рассмотрении процессов горения следует различать следующие его виды: вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв. Вспышка - это быстрое сгорание горючей смеси, не сопровождающееся образованием сжатых газов. Возгорание - возникновение горения под воздействием источника зажигания. Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. Возгораемость - способность возгораться (воспламеняться) под воздействием источника зажигания.* Самовозгорание - это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций, приводящее к возникновению горения веществ (материала, смеси) при отсутствии источника зажигания. Самовоспламенение - это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Взрывом называется чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу. Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения). Горение при этом возникает без внесения источника зажигания - за счет теплового или микробиологического самовозгорания. Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду. Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самонагревания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси). Температура самовоспламенения является важной характеристикой горючего вещества. Температура самовоспламенения - это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся возникновением пламенного горения. Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей, газов и твердых веществ, имеющих применение в машиностроительной промышленности, приведены в табл.2.1. Таблица 2.1. Температуры самовоспламенения некоторых жидкостей Помимо температуры самовоспламенения, горючие вещества характеризуются периодом индукции или временем запаздывания самовоспламенения. Периодом индукции называют промежуток времени, в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции для одного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температуры и давления. Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом, если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет. Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения. Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов. Некоторые вещества могут самовозгораться, находясь при обычной температуре. Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф, ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности. Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла. В случае, когда количество образующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара. Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий. На машиностроительных предприятиях применяются многие вещества, способные к самовозгоранию. Самовозгораться при взаимодействии с воздухом могут сульфиды железа, сажа, алюминиевая и цинковая пудра и др. Самовозгораться при взаимодействии с водой могут щелочные металлы, карбиды металлов и др. Карбид кальция (СаС2), реагируя с водой, образует ацетилен (С2Н2). Под действием источника зажигания, при настоящем стандартном испытании характеризуется устойчивым пламенным горением. Также ознакомьтесь с познавательным материалом:
Воспламенение отличается от:
Воспламенение становится возможным, если компоненты системы горючее вещество – окислитель – источник зажигания будут удовлетворять следующим условиям:
При отсутствии (невыполнении) хотя бы одного из перечисленных условий воспламенение не произойдет. Явление воспламенения связано с очень быстрым переходом от медленной и незаметной реакции окисления к почти мгновенному и резкому химическому взаимодействию между горючим веществом и окислителем. В момент воспламенения создаются такие условия, при которых возможно прогрессивное ускорение химических реакций. Для создания необходимой концентрации паров горючего вещества требуется, чтобы оно было нагрето до , являющейся показателем взрывопожароопасности этого вещества. Воспламенение иногда называют вынужденным зажиганием или просто зажиганием с учетом того, что основная масса горючей среды остается холодной, а нагревание осуществляется только в одном небольшом по объему участке среды. Источниками зажигания могут быть: накаленное тело, температура которого, как правило, превышает температуру воспламенения примерно на 200 °С; небольшое пламя, электрическая искра и т.д. При воздействии источника зажигания воспламенение возникает с задержкой, что связано с некоторым временем развития реакций и накопления тепла, называемым индукционным периодом воспламенения. Опасность воспламенения заключается в последующем неизбежном распространении пламени с характерной для данного вещества нормальной скоростью на всю массу (объем), которая в дальнейшем может уменьшиться или увеличиться под воздействием внешних факторов. Знание условий воспламенения, его развития и последствий позволяет предусматривать соответствующие технические решения, направленные на повышение температуры воспламенения, снижение скорости распространения пламени, предотвращение перехода горения во взрыв (детонацию) и в итоге к повышению пожаровзрывобезопасности объектов. Лекция
14
ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ
1.Общие сведения о
процессе горения Основные определения Виды горения Процесс возникновения
горения Основные показатели
пожароопасности веществ Классификация
веществ по пожароопасности 2. Основные источники
возникновения пожаров на предприятии,
при транспортировке и хранении сжиженных
газов и ГЭИ. Оценка пожарной опасности
промышленных предприятий. 3. Классификация
производств и зон по пожаро- и
взрывоопасности Мероприятия по
пожарной профилактике. П.п. производственных
зданий. 1.
Общие сведения о процессе горения
Основные
определения
Пожар
-
неконтролируемое горение вне
специального очага, наносящих материальный
ущерб (стандартное определение). Для людей при
пожаре опасными факторами являются: открытый огонь,
искры, повышенная температура воздуха
и предметов; лучистые потоки
энергии, повышение температуры среды,
вдыхание горячего воздуха, поражение
и некроз верхних дыхательных путей токсичные продукты
горения, дым, обеднение воздуха кислородом потеря видимости
из-за задымления обрушение зданий
и их элементов, установок, оборудования Токсичные
вещества, образующиеся при пожаре
обусловлены химическим составом
сгорающего вещества: волос, кожа, ткани,
шерсть - неприятно пахнущие продукты,
цианистые соединения, содержащие соду,
альдегиды, кетоны, Каучук, резина -
изопрен, углеводороды, лаки, продукты,
содержащие нейроцеллюлоид - СО, N 2 O,HCN, Пластмассы, целлулоид
- СО,N 2 O,
цианиды, формальдегиды, фенол, фторфосин,
аммиак, ацетон, стирол и др. являются
высокотоксичными соединениями. Загорание
-
горение, не причинившее материального
ущерба. У
человека, получившего ожоги IIстепени более 30% площади тела мало шансов
выжить (без оказания специализированной
медицинской помощи). Время получения
ожоговIIстепени: 26 с при t
= 71 C 15c при
t = 100С 7с при t= 176С. Исследования,
проведенные в Канаде, показали, что во
влажной среде, типичной для пожара, IIстепени ожога вызываетt= 55С при воздействии
в течение 28с и 70С -
в течение 1 с. Так,
при пожаре в универмаге «Инвацион» в
г. Брюсселе за 10 мин пожара погибло 350 и
было ранено 150 человек. За это время
большой универмаг, по площади занимающий
целый гектар, превратился в костер. Горение
- быстро протекающая химическая реакция
(чаще всего окисление), сопровождающаяся
выделением большого количества теплоты
и обычно ярким свечением (пламенем). Для
горения необходимо наличие 3-х факторов: окислителя (обычно
О 2 , также Сl,F,Br,I,NOX) горючего вещества источника загорания
(т.е. начало импульса). В
зависимости от свойств и состава горючего
вещества различают: А.
Гомогенное горение
(одинаковый
агрегатный состав, например, газы) Б.
Гетерогенное горение
(например,
твердое вещество и жидкость). В
зависимости от скорости распространения
пламениразличают: А.
Дефлаграционное
(свойственно
пожарам) Б.
Взрывное
100
м/с В.
Детонационное
1000 м/с5000 м/с В
зависимости от условий образования
горючей смеси: Диффузионное
горение
- характеризуется тем, что
образование горючей смеси происходит
в процессе горения в результате диффузии
кислорода в зону горения. Например,
горение жидкости с открытой поверхности
или газов, выходящих через неплотности
оборудования Дефлаграционное
горение - это диффузионное горение. Кинетическое
горение
соответствует взрывному
горению. В этом случае горючее вещество
и кислород поступают в зону горения
предварительно смешанными. Определяющим
фактором является скорость химической
реакции окисления между окислителем и
горючем веществе, происходящей во фронте
пламени. Если процесс кинетического
горения происходит в замкнутом объеме,
то давление в этом объеме повышается,
температура продуктов горения
увеличивается. По
соотношению горючего и окислителя
выделяют: А. Горение бедных горючих смесей
(в субъекте - окислитель, горение
лимитируется соединением горючего
компонента). Б. Горение богатых горючих смесей
- соответственно наоборот - горючее
лимитирует содержание окислителя
(содержит горбчего выше стеклометрического
соотношения компонентов). Возникновение
горения связано с обязательным
самоускорением реакции. Существует 3
вида самоускорения: тепловой: при
условии аккумуляции теплоты в системе
повышается температура, что приводит
к ускорению химических реакций; цепной: связан с
катализом химических превращений
промежуточными продуктами реакций,
обладает особой химической активностью
(активные центры). (т.е. химический
процесс происходит не путем
непосредственного взаимодействия
исходных молекул, а с помощью осколков,
образующихся при распаде этих молекул). Реальные
процессы горения обычно осуществляются
по комбинированному цепочно-тепловому
механизму. Вспышка
- быстрое (практически мгновенное)
сгорание горючих смесей, не сопровождающиеся
образованием сжатых газов. Возгорание
-возникновение
горения под воздействием источника
зажигания (сttвоспламенения или самовозгорания) Воспламенение
- возгорание, сопровождающееся появлением
пламени. Самовозгорание
- резкое увеличение скорости экзотермических
реакций, приводящих к горению вещества
(смеси) при отсутствии источника
зажигания. Это может происходить и при
температуре окружающей средытемпературы воспламенения. Такая
возможность обусловлена склонностью
веществ к окислению и условиями
аккумуляции в них теплоты, выделяющейся
при окислении. Таким образом, при
самовозгорании имеется как бы внутренний
импульс. В
зависимости от импульса процессы
самовозгорания делятся на: тепловые, микробиологические, химические. Тепловое
самовозгорание/самовоспламенение
происходит в результате продолжительного
действия незначительного источника
тепла. При этом вещества разлагаются,
адсорбируются и в результате действия
окислительных процессов самовозгораются.
Так приt100С к самовозгоранию
склонны древесные опилки, ДВП, паркет. Химическое
самовозгорание/самовоспламенение
происходит от воздействия на вещества
кислорода воздуха, воды или от
взаимодействия веществ. (Пожары от
самовозгорания промасленной ветоши,
спецодежды, ваты, а иногда даже
металлических стружек). О
склонности масла или жира к самовозгоранию
можно судить по его йодному числу
(количество I2,
поглощенное 100 г испытываемого масла
или жира). Чем
выше йодное число, тем ниже температура
самовозгорания, тем опаснее вещество. Микробиологическое
самовозгорание - при соответственной
влажности и температуре в растительных
продуктах при интенсификации
жизнедеятельности организмов (образуется
грибок - так называемый паутинный глет),
которое вызывает повышение температуры. (Для
предотвращения - регулярный контроль
температуры и влажности, ограничение
влажности и температуры Самовоспламенение
- самовозгорание, сопровождающееся
появлением пламени. Взрыв
- чрезвычайно быстрое химическое
превращение, сопровождающееся выделением
энергии и сжатых газов, способных
производить работу. Детонация
- передача теплоты от слоя к слою
происходит за счет распространения
ударной волны. При
оценке пожарной опасности веществ
необходимо учитывать их агрегатное
состояние. Поскольку
горение идет обычно в газовой среде, в
качестве показателей пожарной безопасности
(ПБ) необходимо учитывать условия, при
которых образуется достаточное для
горения количество газообразных
продуктов.
1.2. Виды горения
1.3 Виды процесса возникновения горения