Горение – это химический процесс соединения горючего вещества с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты и излучением света.
Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается. И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения.
Различают несколько видов горения:
Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов.
Возгорание – возникновения горения от источника зажигания.
Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Самовозгорание – горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания.
Самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени.
Взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.
Горение газов является в диффузионной (когда кислород проникает в зону горения), так и в кинетической (однородная горючая смесь) области и может носить характер взрывного или детонационного (высокая скорость перемещения пламени) горения.
При горении жидкости происходит её испарение и сгорание паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и т. п. Процесс горения паров не отличается от горения газов.
Горение твердых веществ – гетерогенно-диффузионное (то есть горение в разных фазах с проникновением – плавление, разложение и испарение с выделением газообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь).
Повышенную пожарную опасность имеет пыль. Причем с увеличением дисперсности (это по сути насыщенность, отношение площади поверхности частиц к занимаемому ими объёму) пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, что повышает ее пожарную опасность. Скорость горения высокодисперсной пыли приближается к скорости горения газа. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит ко вторичным взрывам.
В зависимости от скорости химической реакции и образования горючей смеси горение может происходить в виде:
· тления - скорость до нескольких см / с;
· собственного горении - скорость до нескольких м / с;
· взрыва - скорость несколько сотен м / с;
· детонации - скорость до нескольких тысяч м / с
К реакциям горения относятся не только реакции взаимодействия между горючими веществами и кислородом, но и другие окислительно-восстановительные реакции: взаимодействие некоторых веществ с галогенами, парами серы, реакции разложения взрывчатых веществ, некоторых эндотермических соединений, например, ацетилена.
Н 2 + Cl 2 = 2 НCl + Q
С 3 Н 5 (NO 3) 3 = 3CO 2 +2,5H 2 O + 1,5N 2 + 0,25O2
C 2 Н 2 = 2С + Н 2 + Q
Классы пожаров по типу материалов горения. Для успешного тушения пожара необходимо применение наиболее эффективных огнетушащих средств, вопрос о выборе которых должен быть решен практически мгновенно.
Правильный выбор огнетушащего средства позволит обеспечить быстрое прекращение горения.
Эта задача значительно упрощается в связи с введением классификации пожаров. Международной организацией стандартов вводится 5 классов пожаров (Стандарт 3941-77):
Класс A: Твердые материалы
Класс B: Горючие жидкости
Класс C: Горение газов, в т.ч. сжиженных
Класс D: Щѐлочные металлы (натрий, литий, кальций и др.)
Класс E: Электроприборы и проводка под напряжением.
Пожары класса "А" - горение твердых горючих материалов. К таким материалам относятся дерево и изделия из него, ткани, бумага, резина, некоторые пластмассы и другие.
Тушение этих материалов производится в основном водой, водными растворами, пеной.
Пожары класса "В" - горение жидких веществ, их смесей и соединений. К этому классу веществ относятся нефть и жидкие нефтепродукты, жиры, краски, растворители и другие горючие жидкости.
Тушение таких пожаров производится в основном с помощью пены путем покрытия ее слоем поверхности горючей жидкости, отделяя ее, таким образом, от зоны горения и окислителя. Кроме того, пожары класса "В" можно тушить распыленной водой, порошками, углекислотой.
Пожары класса "С" - горение газообразных веществ и материалов. К этому классу веществ относятся горючие газы, используемые на морских судах в качестве технологического снабжения, а также перевозимые морскими судами горючие газы в качестве груза (метан, водород, аммиак и др.). Тушение горючих газов производится компактными струями воды или с помощью огнетушащих порошков.
Пожары класса "D" - возгорания, связанные со щелочными и подобными металлами и их соединениями при их контакте с водой. К таким веществам относятся натрий, калий, магний, титан, алюминий и др. Для тушения таких пожаров используют теплопоглощающие огнетушащие вещества, например, некоторые порошки, не вступающие в реакцию с горящими материалами.
Пожары класса "Е" - горение, возникающее при воспламенении находящегося под напряжением электрооборудования, проводников или электроустановок. Для борьбы с такими пожарами используют огнетушащие вещества, не являющиеся проводниками электричества.
Виды горения, их характеристики.
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Виды горения, их характеристики. |
| Рубрика (тематическая категория) | Производство |
Пожар - ϶ᴛᴏ неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни людей.
Виды горения:
1) По скорости распространения пламени различают горения: 1. Нормальное (скорость распространения несколько м/с); 2. Взрывное (скорость сотни м/с); 3. Детонационное (скорость тысячи м/с)
2) Учитывая зависимость отагрегатного состояния горючих веществ: гомогенное и гетерогенное.
В случае если компоненты горючей смеси предварительно перемешаны, то возникает кинетическое горение, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ определяется скоростью химической реакции. В случае если компоненты не перемешаны, то возникает диффузионное горение, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ определяется диффузией кислорода к горючему веществу сквозь продукты горения. Ламинарное горение – характеризуется послойным распространением фронта пламени по свежей горючей смеси. Турбулентное горение – характеризуется перемешиванием слоёв и повышенной скоростью выгорания.
3) По режиму горения: 1. Самовоспламенение – самовоспроизвольное возникновение пламенного горения предварительно нагретой до температуры кипячения горючей смеси, которая принято называть температурой самовоспламенения (); 2. Распространение фронта пламени по свежей горючей смеси при её локальном зажигании внешним источником. Процессы самовозгорания разделяются на следующие виды:
Тепловое в результате продолжительного действия источника тепла;
Микробиологическое возникает в результате повышенной температуры и влажности воздуха вследствие жизнедеятельности организмов (опилки, зерно, торф);
Химическое происходит при взаимодействии веществ друг с другом или с кислородом.
По второму режиму различают следующие виды горения:
- Вспышка – быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью конденсированного вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением без образования повышенного давления газов. Характеризуется температурой вспышки. Температура вспышки - ϶ᴛᴏ наименьшая температура, при которой над поверхностью конденсируемого вещества образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания.
- Возгорание – возникновение горения от источника зажигания;
- Воспламенение – пламенное горение вещества, продолжающееся после удаления источника зажигания. Характеризуется температурой воспламенения. Температура воспламенения - ϶ᴛᴏ наименьшая температура, при которой над поверхностью конденсируемого вещества происходит устойчивое пламенное горение.
- Взрыв – чрезвычайно быстрое горение при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения. Характеризуется максимальным давлением взрыва.
Горение должна быть: 1. Полное – при избытке кислорода. Продуктами горения являются пары воды и углекислый газ. 2. Неполное – окислителя недостаточно, при этом образуется оксид углерода.
К опасным факторам пожара относят:- открытый огонь,- искры,- повышенная температура воздуха, - токсичные продукты горения, - пониженная концентрация кислорода.
Виды горения, их характеристики. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Виды горения, их характеристики." 2014, 2015.
Тема 4. ВИДЫ ГОРЕНИЯ.
По разным признакам и особенностям процессы горения можно разде-лить на следующие виды:
По агрегатному состоянию горючего вещества:
Горение газов;
Горение жидкостей и плавящихся твердых веществ;
Горение неплавящихся твердых пылевидных и компактных веществ.
По фазовому составу компонентов:
Гетерогенное горение;
Горение взрывчатых веществ.
По подготовленности горючей смеси:
Диффузионное горение (пожар);
Кинетическое горение (взрыв).
По динамике фронта пламени:
Стационарное;
Нестационарное.
По характеру движения газов:
Ламинарное;
Турбулентное.
По степени сгорания горючего вещества:
Неполное.
По скорости распространения пламени:
Нормальное;
Дефлаграционное;
Детонационное.
Рассмотрим подробнее эти виды.
4.1. Горение газообразных, жидких и твердых веществ.
В зависимости от агрегатного состояния горючего вещества различают горение газов, жидкостей, пылевидных и компактных твердых веществ.
Согласно ГОСТ 12.1.044-89:
1. Газы – это вещества, критическая температура которых менее 50 о С. Т кр – это минимальная температура нагрева 1 моля вещества в закрытом со-суде, при котором оно полностью превращается в пар (см. § 2.3).
2. Жидкости – это вещества с температурой плавления (каплепадения) менее 50 о С (см. § 2.5).
3. Твердые вещества – это вещества с температурой плавления (капле-падения) более 50 0 С.
4. Пыли – это измельченные твердые вещества с размером частиц менее 0,85 мм.
Зона, в которой происходит химическая реакция в горючей смеси, т.е. горение, называется фронтом пламени.
Рассмотрим процессы горения в воздушной среде на примерах.
Горение газов в газовой горелке. Тут наблюдаются 3 зоны пламени (рис. 12.):
Рис. 12. Схема горения газа: 1 – прозрач-ный конус – это исходный нагревается газ (до температуры самовоспламенения); 2 – светящаяся зона фронта пламени; 3 – про-дукты сгорания (бывают почти невидимы при полном сгорании газов и, особенно при горении водорода, когда не образуется са-жа).
Ширина фронта пламени в газовых смесях составляет десятки доли миллиметра.
Горение жидкостей в открытом сосуде. При горении в открытом со-суде имеются 4 зоны (рис. 13):
Рис. 13. Горение жидкости: 1 – жид-кость; 2 – пары жидкости (темные участки); 3 – фронт пламени; 4 – про-дукты горения (дым).
Ширина фронта пламени в этом случае больше, т.е. реакция протекает медленнее.
Горение плавящихся твердых веществ. Рассмотрим горение свечи. В данном случае наблюдается 6 зон (рис. 14):
Рис. 14. Горение свечи: 1 – твердый воск; 2 – расплав-ленный (жидкий) воск; 3 – темный прозрачный слой паров; 4 – фронт пламени; 5 – продукты горения (дым); 6 – фитиль.
Горящий фитиль служит для стабилизации горения. В него впитывается жидкость, поднимается по нему, испаряется и горит. Ширина фронта пламе-ни увеличивается, что увеличивает площадь светимости, так как используют-ся более сложные углеводороды, которые, испаряясь, распадаются, а потом уже вступают в реакцию.
Горение неплавящихся твердых веществ. Этот вид горения рассмот-рим на примере горения спички и сигареты (рис. 15 и 16).
Здесь также имеется 5 участков:
Рис. 15. Горение спички: 1 – свежая древесина; 2 – обуг-ленная древесина; 3 – газы (газифицированные или испа-рившиеся летучие вещества) - это темноватая прозрачная зона; 4 – фронт пламени; 5 – продукты сгорания (дым).
Видно, что обгоревший участок спички намного тоньше и имеет чер-ный цвет. Это значит, что часть спички обуглилась, т.е. осталась нелетучая часть, а летучая часть испарилась и сгорела. Скорость горения угля значи-тельно медленнее, чем газов, поэтому он не успевает полностью выгореть.
Рис.16. Горение сигареты: 1 – исходная табач-ная смесь; 2 – тлеющий участок без фронта пламени; 3 – дым, т.е. продукт сгоревших час-тиц; 4 – втягиваемый в легкие дым, который представляет собой в основном газифицирован-ные продукты; 5 – смола, сконденсировавшаяся на фильтре.
Беспламенное термоокислительное разложение вещества называется тлением. Оно возникает при недостаточной диффузии кислорода в зону го-рения и может протекать даже при очень малом его количестве (1-2%). Дым имеет сизый, а не черный цвет. Значит в нем больше газифицированных, а не сгоревших веществ.
Поверхность пепла почти белая. Значит, при достаточном поступлении кислорода происходит полное сгорание. Но внутри и на границе горящего слоя со свежими – черное вещество. Это свидетельствует о неполном сгора-нии обугленных частиц. Кстати, на фильтре конденсируются пары улету-чившихся смолистых веществ.
Подобный вид горения наблюдается при горении кокса, т.е. угля, из ко-торого удалены летучие вещества (газы, смолы), или графита.
Таким образом, процесс горения газов, жидкостей и большинства твер-дых веществ протекает в газообразном виде и сопровождается пламенем. Не-которые твердые вещества, в том числе имеющие склонность к самовозгора-нию, горят в виде тления на поверхности и внутри материала.
Горение пылевидных веществ. Горение слоя пыли происходит так же, как и в компактном состоянии, только скорость горения возрастает из-за увеличения поверхности контакта с воздухом.
Горение пылевидных веществ в виде аэровзвеси (пылевого облака) мо-жет протекать в виде искр, т.е. горения отдельных частиц, в случае малого содержания летучих веществ, не способных при испарении образовать доста-точное количество газов для единого фронта пламени.
Если образуется достаточное количество газифицированных летучих веществ, то возникает пламенное горение.
Горение взрывчатых веществ. К данному виду относится горение взрывчатки и пороха, так называемых конденсированных веществ, в которых уже находится химически или механически связанные горючее и окислитель. Например: у тринитротолуола (тротила) C 7 H 5 O 6 N 3 ×C 7 H 5 ×3NO 2 окислителями служат O 2 и NO 2 ; в составе пороха – сера, селитра, уголь; в составе само-дельной взрывчатки алюминиевая пудра и аммиачная селитра, связующее – соляровое масло.
4.2. Гомогенное и гетерогенное горение.
Исходя из рассмотренных примеров, в зависимости от агрегатного со-стояния смеси горючего и окислителя, т.е. от количества фаз в смеси, разли-чают:
1. Гомогенное горение газов и паров горючих веществ в среде газооб-разного окислителя. Таким образом, реакция горения протекает в системе, состоящей из одной фазы (агрегатного состояния).
2. Гетерогенное горение твердых горючих веществ в среде газообраз-ного окислителя. В этом случае реакция протекает на поверхности раздела фаз, в то время как гомогенная реакция идет во всем объеме.
Это горение металлов, графита, т.е. практически нелетучих материалов. Многие газовые реакции имеют гомогенно-гетерогенную природу, когда возможность протекания гомогенной реакции обусловлена происхождением одновременно гетерогенной реакции.
Горение всех жидких и многих твердых веществ, из которых выделяя-ются пары или газы (летучие вещества) протекает в газовой фазе. Твердая и жидкая фазы играют роль резервуаров реагирующих продуктов.
Например, гетерогенная реакция самовозгорания угля переходит в го-могенную фазу горения летучих веществ. Коксовый остаток горит гетероген-но.
4.3. Диффузионное и кинетическое горение.
По степени подготовки горючей смеси различают диффузионное и ки-нетическое горение.
Рассмотренные виды горения (кроме взрывчатки) относятся к диффу-зионному горению. Пламя, т.е. зона горения смеси горючего с воздухом, для обеспечения устойчивости должна постоянно подпитываться горючим и ки-слородом воздуха. Поступление горючего газа зависит только от скорости его подачи в зону горения. Скорость поступления горючей жидкости зависит от интенсивности ее испарения, т.е. от давления паров над поверхностью жидкости, а, следовательно, от температуры жидкости. Температурой вос-пламенения называется наименьшая температура жидкости, при которой пламя над ее поверхностью не погаснет.
Горение твердых веществ отличается от горения газов наличием стадии разложения и газификации с последующим воспламенением летучих продук-тов пиролиза.
Пиролиз – это нагрев органических веществ до высоких температур без доступа воздуха. При этом происходит разложение, или расщепление, сложных соединений на более простые (коксование угля, крекинг нефти, су-хая перегонка дерева). Поэтому сгорание твердого горючего вещества в про-дукт горения не сосредоточено только в зоне пламени, а имеет многостадий-ный характер.
Нагрев твердой фазы вызывает разложение и выделение газов, которые воспламеняются и сгорают. Тепло от факела нагревает твердую фазу, вызы-вая ее газификацию и процесс повторяется, таким образом поддерживая го-рение.
Модель горения твердого вещества предполагает наличие следующих фаз (рис. 17):
Рис. 17. Модель горения
твердого вещества.
Прогрева твердой фазы. У плавящихся веществ в этой зоне происхо-дит плавление. Толщина зоны зависит от температуры проводности вещест-ва;
Пиролиза, или реакционной зоны в твердой фазе, в которой образу-ются газообразные горючие вещества;
Предпламенной в газовой фазе, в которой образуется смесь с окисли-телем;
Пламени, или реакционной зоны в газовой фазе, в которой превраще-ние продуктов пиролиза в газообразные продукты горения;
Продуктов горения.
Скорость подачи кислорода в зону горения зависит от его диффузии через продукт горения.
В общем, поскольку скорость химической реакции в зоне горения в рассматриваемых видах горения зависти от скорости поступления реаги-рующих компонентов и поверхности пламени путем молекулярной или кине-тической диффузии, этот вид горения и называют диффузионным .
Структура пламени диффузионного горения состоит из трех зон (рис.18):
В 1 зоне находятся газы или пары. Горение в этой зоне не происходит. Температура не превышает 500 0 С. Происходит разложение, пиролиз летучих и нагрев до температуры самовоспламенения.
Рис. 18. Структура пламени.
Во 2 зоне образуется смесь паров (газов) с кислородом воздуха и про-исходит неполное сгорание до СО с частичным восстановлением до углерода (мало кислорода):
C n H m + O 2 → CO + CO 2 + Н 2 О;
В 3 внешней зоне происходит полное сгорание продуктов второй зоны и наблюдается максимальная температура пламени:
2CO+O 2 =2CO 2 ;
Высота пламени пропорциональна коэффициенту диффузии и скорости потока газов и обратно пропорциональна плотности газа.
Все виды диффузионного горения присущи пожарам.
Кинетическим горением называется горение заранее перемешанных горючего газа, пара или пыли с окислителем. В этом случае скорость горения зависит только от физико-химических свойств горючей смеси (теплопровод-ности, теплоемкости, турбулентности, концентрации веществ, давления и т.п.). Поэтому скорость горения резко возрастает. Такой вид горения присущ взрывам.
В данном случае при поджигании горючей смеси в какой-либо точке фронт пламени движется от продуктов сгорания в свежую смесь. Таким об-разом, пламя при кинетическом горении чаще всего нестационарно (рис. 19).
Рис. 19. Схема распространения пламени в горючей смеси: - источник зажигания; - направления движе-ния фронта пламени.
Хотя, если предварительно перемешать горючий газ с воздухом и подать в горелку, то при поджигании образуется стационарное пламя, при условии, что скорость подачи смеси будет равна скорости распространения пламени.
Если скорость подачи газов увеличить, то пламя отрывается от горелки и может погаснуть. А если скорость уменьшить, то пламя втянется во внутрь горелки с возможным взрывом.
По степени сгорания , т.е. полноты протекания реакции горения до ко-нечных продуктов, горение бывает полным и неполным .
Так в зоне 2 (рис.18) горение неполное, т.к. недостаточно поступает ки-слород, который частично расходуется в 3 зоне, и образуются промежуточ-ные продукты. Последние догорают в 3 зоне, где кислорода больше, до пол-ного сгорания. Наличие сажи в дыму говорит о неполном горении.
Другой пример: при недостатке кислорода углерод сгорает до угарного газа:
Если добавить O, то реакция идет до конца:
2СО+O 2 =2СО 2 .
Скорость горения зависит от характера движения газов. Поэтому раз-личают ламинарное и турбулентное горение.
Так, примером ламинарного горения может служить пламя свечи в не-подвижном воздухе. При ламинарном горении слои газов текут параллель-но, не завихряясь.
Турбулентное горение – вихревое движение газов, при котором интен-сивно перемешиваются сгорающие газы, и фронт пламени размывается. Гра-ницей между этими видами служит критерий Рейнольдса, который характе-ризует соотношение между силами инерции и силами трения в потоке:
где: u - скорость газового потока;
n - кинетическая вязкость;
l – характерный линейный размер.
Число Рейнольдса, при котором происходит переход ламинарного по-граничного слоя в турбулентный называется критическим Re кр, Re кр ~ 2320.
Турбулентность увеличивает скорость горения из-за более интенсивной передачи тепла от продуктов горения в свежую смесь.
4.4. Нормальное горение.
В зависимости от скорости распространения пламени при кинетиче-ском горении может реализоваться либо нормальное горение (в пределах не-скольких м/с), либо взрывное дефлаграционное (десятки м/с), либо детона-ционное (тысячи м/с). Эти виды горения могут переходить друг в друга.
Нормальное горение – это горение, при котором распространение пламени происходит при отсутствии внешних возмущений (турбулентности или изменения давления газов). Оно зависит только от природы горючего вещества, т.е. теплового эффекта, коэффициентов теплопроводности и диф-фузии. Поэтому является физической константой смеси определенного со-става. В этом случае обычно скорость горения составляет 0,3-3,0 м/с. Нор-мальным горение названо потому, что вектор скорости его распространения перпендикулярен фронту пламени.
4.5. Дефлаграционное (взрывное) горение.
Нормальное горение неустойчиво и в закрытом пространстве склонно к самоускорению. Причиной этому является искривление фронта пламени вследствие трения газа о стенки сосуда и изменения давления в смеси.
Рассмотрим процесс распространения пламени в трубе (рис. 20).
Рис. 20. Схема возникнове-ния взрывного горения.
Сначала у открытого конца трубы пламя распространяется с нормаль-ной скоростью, т.к. продукты горения свободно расширяются и выходят на-ружу. Давление смеси не изменяется. Длительность равномерного распро-странения пламени зависит от диаметра трубы, рода горючего и его концен-трации.
По мере продвижения фронта пламени внутрь трубы продукты реак-ции, имея больший объем по сравнению с исходной смесью, не успевают вы-ходить наружу и их давление возрастает. Это давление начинает давить во все стороны, и поэтому впереди фронта пламени исходная смесь начинает двигаться в сторону распространения пламени. Прилегающие к стенкам слои тормозятся. Наибольшую скорость имеет пламя в центре трубы, меньшую – у стенок (из-за теплоотвода в них). Поэтому фронт пламени вытягивается в сторону распространения пламени, а поверхность его увеличивается. Про-порционально этому увеличивается количество сгораемой смеси в единицу времени, которое влечет за собой возрастание давления, а то в свою очередь – увеличивает скорость движения газа и т.д. Таким образом, происходит ла-винообразное повышение скорости распространения пламени до сотен мет-ров в секунду.
Процесс распространения пламени по горючей газовой смеси, при ко-тором самоускоряющаяся реакция горения распространяется вследствие ра-зогрева путем теплопроводности от соседнего слоя продуктов реакции, назы-вается дефлаграцией . Обычно скорости дефлаграционного горения дозвуко-вые, т.е. менее 333 м/с.
4.6. Детонационное горение .
Если рассматривать сгорание горючей смеси послойно, то в результате термического расширения объема продуктов сгорания каждый раз впереди фронта пламени возникает волна сжатия. Каждая последующая волна, двига-ясь по более плотной среде, догоняет предыдущую и накладывается на нее. Постепенно эти волны соединяются в одну ударную волну (рис. 21).
Рис. 21. Схема образования де-тонационной волны: Р о < Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.
В ударной волне в результате адиабатического сжатия мгновенно уве-личивается плотность газов и повышается температура до Т 0 самовоспламе-нения. В результате происходит зажигание горючей смеси ударной волной и возникает детонация – распространение горения путем воспламенения удар-ной волной. Детонационная волна не гаснет, т.к. подпитывается ударными волнами от движущегося вслед за ней пламени.
Особенность детонации – она происходит с определенной для каждого состава смеси сверхзвуковой скоростью 1000-9000 м/с, поэтому является фи-зической константой смеси. Она зависит только от калорийности горючей смеси и теплоемкости продуктов сгорания.
Встреча ударной волны с препятствием ведет к образованию отражен-ной ударной волны и еще большему давлению.
Детонация – самый опасный вид распространения пламени, т.к. имеет максимальную мощность взрыва (N=A/t) и огромную скорость. Практически «обезвредить» детонацию можно лишь на преддетонационном участке, т.е. на расстоянии от точки зажигания до места возникновения детонационного горения. Для газов длина этого участка от 1 до 10 м.
[Предыдущая лекция ] [ Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP -пользователем.Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте .
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.
1.2. Виды горения
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.
1.3 Виды процесса возникновения горения
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.
