0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Общие сведения о горении

Пожар и его развитие. Прекращение горения

Общие понятия о процессе горения

Горение – экзотермическая реакция окисления горящего вещества, сопровождающаяся хотя бы одним из 3-х факторов:

Треугольник горения

Необходимы 3 условия для горения:

  • Горючие вещества – ГВ
  • Окислитель -О2
  • Источник зажигания – ИЗ.

В зависимости от среды горения различают 2 вида горения:

  • Пламенное – горение вещества и материалов сопровождается пламенем. (зона горения над поверхностью ГВ). При пожаре горят большинство ГВ, способные при нагреве выделять горючие продукты, такие как (древесина, ткани, нефтепродукты, каучук, резина, пластмассы и т.д.);
  • Беспламенное – в виде тления накала ГВ горение на поверхности. (древесный уголь, кокс, атрацит, сажа, торф, и др., не способные при нагреве выделять летучие продукты);
  • Дым – аэрозоль (дисперсная система) образуемый жидкими или твердыми продуктами неполного возгорания ГВ (СО, С, сажа).

Самовозгорание присуще многим горючим веществам и материалам. Эта отличительная особенность данной группы материалов.

Самовозгорание может быть:

Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в процессе которого происходит самонагревание материалов. Температура самонагревания вещества или материала является показателем его пожароопасности. Для большинства ГВ этот показатель лежит в пределах 80 0 – 1500 С.

Химическое самовозгорание сразу проявляется в пламенном горении. Для органических веществ данный вид самовозгорания происходит при контакте с кислотами (азотной, серной), растительными и техническими маслами. Масла и жиры, в свою очередь, способны к самовозгоранию в среде кислорода. Неорганические вещества способны самовозгораться при контакте с водой (например, гидросульфит натрия).Спирты самовозгораются при контакте с перманганатом калия. Аммиачная селитра самовозгорается при контакте с суперфосфатом и пр.

Общие понятия о пожаре

Пожар представляет собой сложный физико-химический процесс, включающий, помимо горения, явления массо- и теплообмена, развивающиеся во времени и пространстве.

Распределение пожаров на группы и виды по сходствам или различиям называется классификацией.

Классификация – искусственная, если она объединяет пожары по внешним (случайным) признакам, и естественная, если она группирует пожары на основе их объективной внутренней связи и общих признаков развития. Естественная классификация пожаров считается научной, она позволяет предопределить закономерность тактики тушения различных видов пожара.

Пожары классифицируются по виду горючего материала и подразделяются на следующие классы:

1) пожары твердых горючих веществ и материалов (А);

2) пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ и материалов (В);

3) пожары газов (С);

4) пожары металлов (D);

5) пожары горючих веществ и материалов электроустановок, находящихся под напряжением (Е);

6) пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и радиоактивных веществ (F).

Под распространяющимися пожарами понимают такие пожары, у которых происходит увеличение геометрических размеров (длины, высоты, ширины, радиуса) во времени.

Под нераспространяющимися пожарами понимают такие пожары, у которых геометрические размеры остаются неизменными во времени.

Подземными пожарами называются пожары, расположенные ниже уровня земли, на любой глубине.

Под наземными пожарами понимают такие пожары, которые находятся на высоте, достигаемой при помощи ручных пожарных лестниц .

Под средневысотными пожарами понимают пожары, расположенные выше уровня поверхности земли, то есть до высоты, которая достигается при использовании пожарных автолестниц и подъемников.

Высотными пожарами называются пожары, расположенные выше 30 метров от уровня поверхности земли.

На водных пространствах ( акваториях ) : пожары морских, речных судов, а также нефтегазодобывающих платформ и др.

Пространство, в котором развивается пожар, можно условно разделить на три зоны:

  • зону горения;
  • зону теплового воздействия;
  • зону задымления;
  • горючее вещество.

Зона горения характеризуется геометрическими и физическими параметрами: площадью, объемом, высотой, горючей загрузкой, скоростью выгорания веществ (линейная, массовая, объемная) и др.

Зона теплового воздействия – часть, примыкающая к зоне горения. В этой части происходит процесс теплообмена между поверхностью пламени и окружающими строительными конструкциями, материалами. Передача тепла осуществляется конвекцией, излучением, теплопроводностью. Границы зоны проходят там, где тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов, конструкций и создает невозможные условия для пребывания людей без средств тепловой защиты.

Зона задымления – пространство, которое заполняется продуктами сгорания (дымовыми газами) в концентрациях, создающих угрозу для жизни и здоровья людей, затрудняющих действия пожарных подразделений при работе на пожарах.

Опасные факторы пожара

ОПАСНЫЙ ФАКТОР ПОЖАРА – фактор пожара, воздействие которого на людей и (или) материальные ценности может привести к ущербу.

Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

  1. пламя и искры;
  2. повышенная температура окружающей среды;
  3. токсичные продукты горения и термического разложения;
  4. дым;
  5. пониженная концентрация кислорода.

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

  • осколки, части разрушенных аппаратов, агрегатов, установок, конструкций;
  • радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок;
  • электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов;
  • опасные факторы взрыва по ГОСТ 12.1.010, происшедшего в следствие пожара.

Читайте в отдельной статье больше информации:

Условия и механизм прекращения горения

Для прекращения горения необходимо либо снизить тепловыделение в зоне горения фронта пламени, либо увеличить теплоотвод из зоны горения.

Это может быть достигнуто различными путями:

Охлаждением поверхности горючего вещества или материала;

Изоляцией зоны горения от источника горючих газов, паров и окислителя (например, герметизацией либо горящего вещества, либо объема, в котором протекает процесс горения);

Разбавлением горючих газов, паров и окислителя, поступающих в зону горения инертными газами;

Ингибированием процессов горения (т.е. введением в исходную горючую смесь или в зону горения ингибиторов цепных реакций окисления).

Огнетушащее вещество (ОТВ) – это вещество, обладающее физико-химическими свойствами, позволяющими создать условия для прекращения горения.

Применяемые огнетушащие вещества и способы тушения

Основные характеристики огнетушащих веществ

Огнетушащая эффективность – это минимальное количество ОТВ, израсходованное на тушение модельного очага пожара данного класса. Для объемного способа тушения огнетушащая эффективность различных ОТВ зависит от многих факторов: природы горючего вещества, условий горения, свойств ОТВ, способов его применения и т.д.

Интенсивность подачи огнетушащего вещества (I) – это расход ОТВ во времени на единицу защищаемой поверхности или объема. Размерность при поверхностном способе тушения – [Is, кг/(с · м2) или л/(с · м2)], для объемного способа – [I v, кг/(с · м3) или л/(с · м3)], для линейного способа [I л, л/(с · м)]. I = Qотв / (П · τт · 60);

Удельный расход ОТВ (qуд) – это количество огнетушащего вещества (кг, л), которое требуется на единицу расчетного параметра пожара (м3, м2, м) для его успешного тушения:

Краткая характеристика, область применения огнетушащих веществ.

Вода – основное огнетушащие вещества охлаждения, наиболее доступные и универсальное.

Вода отнимает от горящих материалов и продуктов горения большое количество теплоты. При этом она частично испаряется и превращается в пар.

(из 1л воды образуется 1700 л пара). Благодаря чему происходит разбавление реагирующих веществ, что само по себе способствует прекращению горения, а также вытеснению воздуха из зоны очага пожара.

  • Электропроводна
  • Сравнительно высокая т-ра замерзания
  • Большая плотность (нельзя применять при тушении нефтепродуктов)
  • Низкий коэффициент использования в виде компактных струй.
  • Углекислота – тяжелея воздуха в 1,5 раза, без запаха.

Углекислота – тяжелея воздуха в 1,5 раза, без запаха.

  • Их 1 кг кислоты образуется 500 л газа.
  • Теплота испарения при -78,5 0С.
  • Не электропроводна.
  • Не взаимодействует с горючими веществами.

ВМП – воздушно механическая пена.. – образуется из раствора воды с пенообразователем ПО-1.

Обладает: стойкостью, дисперстностью, кратностью, вязкостью, охлаждающими и изолирующими свойствами.

Основные сведения о горении и пожаре;

Предприятия машиностроительной промышленности нередко характеризуются повышенной пожарной опасностью, так как их отличает сложность производственных установок, зна­чительное количество легковоспламеняющихся и горючих жидко­стей; сжиженных горючих газов; твердых сгораемых материалов; большое количество емкостей и аппаратов, в которых находятся пожароопасные продукты под давлением; разветвленная сеть тру­бопроводов с регулировочной аппаратурой; большая оснащен­ность электроустановками.

Пожар неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.

Горение— это химическая реакция окисления, сопровож­дающаяся выделением большого количества тепла и свечением. Для возникновения горения необходимо наличие горючего веще­ства, окислителя (обычно кислород воздуха) и источника зажига­ния. Кроме того, необходимо, чтобы горючее вещество было на­грето до определенной температуры и находилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник загора­ния имел бы определенную энергию. Окислителями являются также хлор, фтор, оксиды азота и другие вещества.

Вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, называются горючими в отличие от веществ, которые на воздухе не горят и называются негорю­чими. Промежуточное положение занимают трудногорю­чие вещества, которые возгораются при действии источника за­жигания, но прекращают горение после удаления последнего.

Различают несколько видов горения. Вспышка — быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Возгорание — возникновение 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.

Температурой вспышки называется самая низкая температура горючего вещества, при которой над его поверхно­стью образуются пары и газы, способные давать вспышку в возду­хе от источника зажигания, но скорость образования паров и газов недостаточна для устойчивого горения. По температуре вспышки горючие вещества делятся на два класса: легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). К классу ЛВЖ отно­сятся жидкости с температурой вспышки, не превышающей 61°С (в открытом типе — 66°С) — это бензин, этиловый спирт, ацетон, нитроэмали и другие. Жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61°С (или 66°С в открытом тигле), называются ГЖ (масла, мазут, формалин и др.).

Температура воспламенения наименьшая темпе­ратура горючего вещества, при которой оно выделяет горючие па­ры и газы с такой скоростью, что при поднесении источника зажи­гания возникает устойчивое горение.

Температурой самовоспламенения называют самую низкую температуру вещества, при которой оно загорается в процессе нагревания без непосредственного контакта с огнем.

Самовоспламенение возможно только при определен­ных соотношениях горючего вещества и окислителей. Существует понятие: нижний и верхний концентрационные пределы воспла­менения. Интервал между ними называется диапазоном или обла­стью воспламенения.

Существуют и другие показатели для оценки пожарной опасно­сти веществ, определяемые по стандартным методикам. Принято различать два понятия, связанных с процессом горения: пожар и загорание. Под пожаром понимается неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Горение, не приносящее материального ущерба, называют загоранием.

Согласно ГОСТ 12.1.004 — 91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования», пожарная безопасность— это со­стояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на лю­дей опасных факторов пожара и обеспечивается защита матери­альных ценностей.

Классификация помещений

по взрывопожарной и пожарной опасности

Оценка и классификация взрывопожароопасности помещений и зданий основана на определении возможных разрушительных по­следствий пожаров и взрывов в этих объектах, а также опасных факторов этих явлений для людей (ОФП). Достижение требуемой вероятности воздействия на персонал ОФП начинается с правильного проектирования или выбора про­изводственного здания. Оно считается правильно спроектирован­ным в том случае, если наряду с решением функциональных, прочностных, санитарных и других технических и экономических задач обеспечены условия пожарной безопасности. Пожарная профилактика при проектировании и строительстве промышлен­ного предприятия включает решение следующих вопросов:

— повышение огнестойкости зданий и сооружений;

— применение противопожарных разрывов;

— применение противопожарных преград;

— обеспечение безопасной эвакуации людей на случай возник­новения пожара;

— обеспечение удаления из помещения дыма при пожаре.

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения и здания подразделяются на категории А, Б, В, Г и Д.

Категории определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) регламентируют устройство электрооборудования для производственных установок. Выбор и установку электрооборудования производят на основе классификации взрывоопасных зон и смесей.

Взрывоопасная зона – это производственное помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в котором имеются или могут образовываться взрывоопасные смеси.

Подвзрывоопасной смесьюпонимают смесь с воздухом, кислородом или другим окислителем горючих газов, паров ЛВЖ, горючей пыли или волокон с нижним концентрационным пределом воспламенения не более 65 г/м при переходе их во взвешенное состояние, которая при определенной концентрации и наличии источника воспламенения способна взорваться.

Пожарной зоной называют пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушении.

Общие сведения о горении

Горением называется сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя, характеризующийся самоускоряющимся химическим превращением и сопровождающийся выделением большого количества тепла и света. Пламенное горение может возникнуть или под действием источника зажигания (воспламенения), или вследствие резкого увеличения скорости экзотермических реакций (самовоспламенение).

Режим самовоспламенения заключается в самопроизвольном возникновении пламенного горения предварительно нагретой до некоторой критической температуры горючей смеси (так называемой температуры самовоспламенения); этот режим проявляется в виде вспышки и характеризуется одновременным сгоранием всей горючей смеси. В таблице 1 представлены некоторые горючие вещества и их температуры самовоспламенения.

Температура самовоспламенения некоторых горючих веществ

Режим воспламенения представляет собой распространение волны горения (распространение фронта пламени) по холодной смеси при ее локальном зажигании (воспламенении) внешним источником. Пламя — это видимая зона горения, в которой наблюдаются свечение и излучение тепла. Возникшее в результате воспламенения пламя само становится источником потока тепла и химически активных частиц в прилегающие слои свежей горючей смеси, за счет чего обеспечивается перемещение фронта пламени.

О самовозгорании растительных продуктов. Из растительных продуктов склонны к самовозгоранию сено, солома, листья, солод, хмель. Особенно подвержены самовозгоранию недосушенные растительные продукты, в которых продолжается жизнедеятельность растительных клеток.

Согласно бактериальной теории, наличие влаги и повышение температуры за счет жизнедеятельности растительных клеток способствует размножению имеющихся в растительных продуктах микроорганизмов. Вследствие плохой теплопроводности растительных продуктов выделяющаяся теплота постепенно накапливается и температура в массе продукта повышается. При повышенной температуре микроорганизмы погибают и превращаются в пористый уголь, который обладает свойством нагреваться за счет интенсивного окисления и поэтому является следующим, после микроорганизмов, источником выделения тепла. Температура в растительных продуктах поднимается до 300°С, и они самовозгораются.

Древесный, бурый и каменный уголь, торф самовозгораются также за счет интенсивного окисления кислородом воздуха.

Растительные и животные жиры, если они нанесены на измельченные или волокнистые материалы (тряпки, веревки, пакля, рогожа, шерсть, опилки, сажа и др.) обладают способностью самовозгораться.

При смачивании измельченных или волокнистых материалов маслом, оно распределяется по поверхности и при соприкосновении с воздухом, начинает окисляться. Одновременно с окислением в масле происходит процесс полимеризации (соединения нескольких молекул в одну). Как первый, так и второй процессы сопровождаются значительным выделением тепла. Если выделяемое тепло не рассеивается, т.е. накапливается внутри плотно уложенной кипы, то температура в промасленном материале поднимается, и может достигнуть температуры самовоспламенения.

Горение возникает при наличии трех обязательных составляющих: горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Остановимся на каждом из них подробнее.

Под термином горючее вещество подразумевается такое вещество, которое способно самостоятельно гореть после того, как будет удален внешний источник зажигания. Горючее вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Горючими веществами являются большинство органических веществ, ряд газообразных неорганических соединений и веществ, многие металлы и т.д. Наибольшую взрывопожарную опасность представляют газы.

Горение жидкости.Для воспламенения горючей жидкости над ее поверхностью сначала должна образоваться паровоздушная смесь. Горение жидкостей возможно только в паровой фазе, при этом поверхность самой жидкости остается сравнительно холодной. Среди горючих жидкостей (ГЖ) выделяют класс наиболее опасных представителей — легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). К ЛВЖ относятся бензины, ацетон, бензол, толуол, некоторые спирты, эфиры и т.п.

Существует ряд веществ (газообразных, жидких или в твердом состоянии), которые способны самовоспламеняться при контакте с воздухом без предварительного нагрева (при комнатной температуре), такие вещества называют пирофорными. К ним относятся: фтористый водород, белый фосфор, гидриды и металлоорганические соединения легких металлов и т.д.

Есть достаточно большая группа веществ, при контакте которых с водой или водяными парами, находящимися в воздухе, начинается химическая реакция, протекающая с выделением большого количества теплоты. Под действием выделяющейся теплоты происходит самовоспламенение горючих продуктов реакции и исходных веществ. К этой группе веществ относятся щелочные и щелочноземельные металлы (литий, натрий, калий, кальций, стронций, уран и др.), гидриды, карбиды, фосфиды указанных металлов, низкомолекулярные металлоорганические соединения (триэтилалюминий, триизобутилалюминий, триэтилбор) и т.д.

Горение твердого вещества происходит по более сложному механизму и ему присуще несколько стадий. При воздействии внешнего источника происходит прогрев поверхностного слоя твердого вещества, из него начинается выделение газообразных летучих продуктов. Этот процесс может сопровождаться или плавлением поверхностного слоя твердого вещества, или его возгонкой (образованием газов, минуя стадию плавления). При достижении определенной концентрации горючих газов в воздухе (нижнего концентрационного предела), они воспламеняются и посредством выделяющейся теплоты начинают сами воздействовать на поверхностный слой, вызывая его плавление и поступление в зону горения новых порций горючих газов и паров твердого вещества.

Рассмотрим в качестве примера древесину. При нагревании до 110°С происходит высушивание древесины и незначительные испарения смолы. Слабое разложение начинается при 130°С. Более заметное разложение древесины (изменение цвета) происходит при 150°С и выше. Образующиеся при 150-200°С продукты разложения составляют, в основном, воду и углекислый газ, поэтому гореть не могут. При температуре выше 200°С начинает разлагаться главная составная часть древесины — клетчатка. Газы, образующиеся при этих температурах, являются горючими, так как они содержат значительные количества окиси углерода, водорода, углеводородов и паров других органических веществ. Когда концентрация этих продуктов в воздухе станет достаточной, при определенных условиях произойдет их воспламенение.

Если горючее вещество плавится растекаясь, оно увеличивает очаг горения (например, каучук, резина, металлы и т.д.). В том случае, если вещество не плавится, кислород постепенно подходит к поверхности горючего и процесс приобретает форму гетерогенного горения (стадия выжигания кокса углеродного горючего). Процесс горения твердых веществ сложен и многообразен, он зависит от многих факторов (дисперсность твердого материала, его влажность, наличие пленки окислов на его поверхности и ее прочность, присутствие примесей и т.д.).

Более интенсивно (часто со взрывом), происходит возгорание мелкодисперсных металлических порошков и пылевидных горючих материалов (например, древесная пыль, сахарная пудра).

Как окислительнаиболее часто при пожаре выступает кислород, содержание которого в воздухе, как известно, составляет около 21%. Сильными окислителями являются перекись водорода, азотная и серная кислоты, фтор, бром, хлор и их газообразные соединения, хромовый ангидрид, перманганат калия, хлораты и другие соединения.

При взаимодействии с металлами, которые в расплавленном состоянии проявляют очень высокую активность, в роли окислителей выступают вода, двуокись углерода и другие кислородсодержащие соединения, которые в обычной практике считаются инертными.

Однако только наличия смеси горючего и окислителя еще недостаточно для начала процесса горения. Необходим еще источник зажигания. Для того чтобы произошла химическая реакция, необходимо появление достаточного количества активных молекул, их обломков (радикалов) или свободных атомов (еще не успевших объединиться в молекулы), которые обладают избыточной энергией, равной или превышающей энергию активации для данной системы.

Появление активных атомов и молекул возможно при нагреве всей системы, при локальном контакте газов с нагретой поверхностью, при воздействии пламени, электрического разряда (искра или дуга), локального нагрева стенки сосуда в результате трения или при введении катализатора и т.п. Источником воспламенения может быть также внезапное адиабатическое (без теплообмена с окружающей средой) сжатие газовой системы или воздействие на нее ударной волны.

В настоящее время ученые установили, что механизм возникновения и развития реальных пожаров и взрывов характеризуется комбинированным цепочечно – тепловым процессом. Начавшись цепным путем, реакция окисления за счет ее экзотермичности продолжает ускоряться за счет тепла. В конечном счете критические (предельные) условия возникновения и развития горения будут определяться тепловыделением и условиями тепломассообмена реагирующей системы с окружающей средой.

Дата добавления: 2016-01-09 ; просмотров: 1191 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Охрана труда

Общие сведения о горении

Сущность процесса горения

Одним из первых химических явлений, с которым человечество познакомилось на заре своего существования, было горение. Вначале оно использовалось для приготовления пищи и обогрева, и лишь через тысячелетия человек научился использовать его для преобразования энергии химической реакции в механическую, электрическую и другие виды энергии.

Горение — это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и свечением. В печах, двигателях внутреннего сгорания, на пожарах всегда наблюдается процесс горения, в котором участвуют какие-либо горючие вещества и кислород воздуха. Между ними протекает реакция соединения, в результате которой выделяется тепло и продукты реакции нагреваются до свечения. Так горят нефтепродукты, дерево, торф и многие другие вещества.

Однако процесс горения может сопровождать не только реакции соединения горючего вещества с кислородом воздуха, но и другие химические реакции, связанные со значительным выделением тепла. Водород, фосфор, ацетилен и другие вещества горят, например, в хлоре; медь — в парах серы, магний — в углекислом газе. Сжатый ацетилен хлористый азот и ряд других веществ способны взрываться. В процессе взрыва происходит разложение веществ с выделением тепла и образованием пламени. Таким образом, процесс горения является результатом реакций соединения и разложения веществ.

Условия, способствующие горению

Для возникновения горения необходимы определенные условия: наличие горючей среды (горючее вещество + окислитель) и источника воспламенения. Воздух и горючее вещество составляют систему, способную гореть, а температурные условия обуславливают возможность воспламенения и горения этой системы.

Как известно, основными горючими элементами в природе являются углерод и водород. Они входят в состав почти всех твердых, жидких и газообразных веществ, например, древесины, ископаемых углей, торфа, хлопка, ткани, бумаги и др.

Воспламенение и горение большинства горючих веществ происходит в газовой или паровой фазе. Образование паров и газов у твердых и жидких горючих веществ происходит в результате их нагревания. Твердые горючие вещества, например, сера, стеарин, фосфор, некоторые пластмассы при нагревании плавятся и испаряются. Дерево, торф, каменный уголь при нагревании разлагаются с образованием паров, газов и твердого остатка — угля.

Рассмотрим этот процесс подробнее на примере древесины. При нагревании до 110°С происходит высушивание древесины и незначительные испарения смолы. Слабое разложение начинается при 130°С. Более заметное разложение древесины (изменение цвета) происходит при 150°С и выше. Образующиеся при 150-200°С продукты разложения составляют, в основном, воду и углекислый газ, поэтому гореть не могут.

При температуре выше 200°С начинает разлагаться главная составная часть древесины — клетчатка. Газы, образующиеся при этих температурах, являются горючими, так как они содержат значительное количество окиси углерода-, водорода, углеводородов и паров других органических веществ. Когда концентрация этих продуктов в воздухе станет достаточной, при определенных условиях произойдет их воспламенение.

Все горючие жидкости способны испаряться, и горение их происходит в газовой фазе. Поэтому, когда говорят о горении или воспламенении жидкости, то под этим подразумевают горение или воспламенение ее паров.

Горение всех веществ начинается с их воспламенения. У большинства горючих веществ момент воспламенения характеризуется появлением пламени, а у тех веществ, которые пламенем не горят, — появлением свечения (напала).

Начальный элемент горения, возникающий под действием источников, имеющих более высокую температуру, чем температура самовоспламенения вещества, называется воспламенением.

Некоторые вещества способны без воздействия внешнего источника тепла выделять теплоту и самонагреваться. Процесс самонагревания, заканчивающийся горением, принято называть самовозгоранием.

Самовозгорание — это способность вещества воспламеняться не только при нагревании, но и при комнатной температуре под воздействием химических, микробиологических и физико-химических процессов.

Температура, до которой нужно нагреть горючее вещество, чтобы оно воспламенилось без поднесения к нему источника зажигания, называется температурой самовоспламенения.

Процесс самовоспламенения вещества проходит следующим образом. При нагревании горючего вещества, например, смеси паров бензина с воздухом, можно достигнуть такой температуры, при которой в смеси начинает протекать медленная реакция окисления. Реакция окисления сопровождается выделением тепла, и смесь начинает нагреваться выше той температуры, до которой ее нагрели.

Однако вместе с выделением тепла и повышением температуры смеси происходит теплоотдача от реагирующей смеси в окружающую среду. При малой скорости окисления величина теплоотдачи всегда превышает выделение тепла, поэтому температура смеси после некоторого повышения начинает снижаться и самовоспламенение не происходит. Если смесь нагреть извне до более высокой температуры, то вместе с увеличением скорости реакции увеличивается количество тепла, выделяемого в единицу времени.

При достижении определенной температуры тепловыделение начинает превышать теплоотдачу, и реакция приобретает условия для интенсивного ускорения. В этот момент происходит самовоспламенение вещества. Температура самовоспламенения у горючих веществ разная.

Общие сведения о горении

Горение представляет собой быстрое окисление материала в экзотермической химической реакции, сопровождающееся испусканием тепла, света и различных продуктов реакции.

В зависимости от веществ горения и примесей в этих веществах цвет пламени и интенсивность будет различными.

Горение — важный процесс, который влияет на экологическую систему по всему миру. Положительные последствиями пожара служат стимулирование роста и поддержания различных экологических систем. Издревле огонь использовался человеком для приготовления пищи, для целей получения тепла, света, служил сигнализацией и оружием.

Негативными последствиями пожара являются создание опасности для жизни и имущества человека в следствие распространения опасных факторов пожара, атмосферного загрязнения и загрязнения воды. Если огонь сжигает защитную растительность, обильные осадки могут привести к увеличению эрозии почвы водой. Кроме того, при сжигании растительности в атмосферу высвобождается азот, в отличие от элементов, таких как калий и фосфор, которые остаются в золе и быстро возвращаются в почву. Эта потеря азота в результате пожара приводит к длительной потере плодородия почвы.

Процесс горения возникает горючий материал, в сочетании с достаточным количеством окислителя (газообразный кислород) подвергается воздействию источника тепла или температуре окружающей среды выше температуры возгорания горючего материала и достаточную для поддерживания скорости быстрого окисления, которой обуславливается цепная реакция. Огонь не может существовать без всех этих элементов вместе и в нужных пропорциях. Например, горючая жидкость начнет гореть только тогда, когда топливо и кислород окажутся в нужных пропорциях.

Пожар может быть потушен путем удаления любого из элементов пожара. Рассмотрим горение природного газа на плите. Горение может быть прекращено с помощью любого из следующих способов:

  • выключения подачи газа, тем самым удаляя источник топлива;
  • накрыть пламя чем-либо, тем самым блокировать доступ окислителя (кислород в воздухе);
  • применение воды, которая отводит тепло от огня быстрее, чем горение может поддержать его или применение таких веществ, которые задерживают саму химическую реакцию, снижая скорость горения настолько, что становится невозможным поддерживать цепную реакцию.

Пламя представляет собой смесь реагирующих газов и твердых частиц, излучающих в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне. Вообще, частотный спектр зависит от химического состава горящего материала и промежуточных продуктов реакции.

Обычно в качестве окислителя участвует кислород, но горение водорода в хлоре также производит пламя. Другими возможными комбинациями, производящими пламя, являются фтор и водород.

Свечение пламени является сложным. Большая часть излучения испускается в видимом и инфракрасном диапазонах.

Типичные температуры пламени:

  • Кислородно-Ацетилендинитрил 4990 ° C (9000 ° F)
  • Кислородно-ацетиленовой 3480 ° C (6300 ° F)
  • Горелка Бунзена (природный газ) от 1300 до 1600 ° С (2400 до 2900 ° F)
  • Свеча (парафин) 1000 ° C (1800 ° F)

Человек и огонь

Способность контролировать огонь резко изменила быт древних людей. С полученим огня как тепла и света для людей стало доступно приготовление еды, увеличило разнообразие и доступность питательных веществ. Тепло помогало людям согреться в холодную погоду, что позволило им жить в холодном климате. Огонь также охранял человека от хищников.

Растущее население, фрагментация лесов и потепления климата создают благоприятные условия для всё более крупных пожаров. Этот вред экосистеме, человеку и инфраструктуре может вызвать проблемы со здоровьем, способно благоприятствовать потеплению атмосферы, таким образом, обеспечивать обратную связь в развитии большего количества пожаров.

На современном этапе огонь применяется почти повсеместно. В самом широком смысле, огонь использует почти каждый человек на земле в контролируемых условиях каждый день. Тепловые электростанции обеспечить электричеством большой процент человечества.

Использование огня в военных целях имеет большую историю. Огонь был основой всех ранних видов оружия. Гомер подробно описал использование огня греческими солдатами, которые прятались в деревянной лошади, чтобы сжечь Трою во время Троянской войны. Позже византийский флот использует греческий огонь, чтобы атаковать корабли. Во время первой мировой войны впервые пехотой были применены современные огнеметы, и успешно установлены на бронированных транспортных средствах во время Второй мировой войны.

Общие сведения о горении

Содержание

Введение

Пожарная и взрывная опасность веществ и материалов — близкие характеристики. Различие между характеристиками заключается в скорости распространения пламени, которая для взрывных процессов значительно выше, чем при пожаре. И чем выше скорость распространения пламени, тем более опасно взрывное горение. Значительное количество новых веществ и материалов, ежегодно вводимых в сферу производственной деятельности в нашей стране, пожаровзрывоопасно.

Активное изучение горения и взрывов началось в конце XIX века и продолжается до нашего времени. Это связано с появлением двигателей внутреннего сгорания, с развитием внутренней баллистики артиллерийских орудий и взрывного дела, а в последнее время с широким внедрением в технику реактивных двигателей.

На раннем этапе развития теории горения отметим имена В.А. Михельсона (СССР), Бертло, Жуге, Таффанеля (Франция), Даниэля, Чепмена (Англия). На современном этапе исследований процесса горения в центре внимания стоит вопрос о скорости химического превращения. Сегодня горением и взрывом мы называем быстрое протекание реакции в веществе, которое в исходном состоянии инертно. В современном понимании с понятиями горения, взрыва, пламени, детонации и т.д. связывается характер протекания реакции, а не её химическое содержание. Разумеется, характер протекания реакции можно полностью изучить, лишь зная её элементарные акты, механизм, кинетику химического превращения.

Развитие теории горения оказалось, таким образом, тесно связанным — и логически и исторически — с трудами академика Н.Н. Семёнова и его школы. Основанный Семёновым Институт химической физики АН СССР сохранил ведущее положение и сегодня, когда география учреждений, работающих в области горения и взрывов, расширилась.

Отечественные ученые и специалисты внесли неоценимый вклад в разработку многих проблем, связанных с теорией горения и взрыва: Д.А. Франк-Каменецкий, К.И. Щелкин, К.К. Андреев, А.Я. Апин, А.Ф. Беляев, Л.А. Вулис, Ю.А. Победоносцев, П.Ф. Похил, А.С. Соколик и многие другие. Из зарубежных ученых следует отметить работы Льюиса, Эльбе, Кармана, Пеннера, Опенгейма, Грея.

Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб и в ряде случаев вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ущерб от пожаров и взрывов в промышленно развитых странах превышает 1 % национального дохода и имеет тенденцию постоянного роста. В России также происходит ежегодное увеличение количества пожаров и приносимых ими убытков, а количество людей, погибших на пожарах, уже составляет 20 тысяч человек в год.

Специалисту необходимо знать механизм горения и взрыва различных материалов, на основе которого разрабатываются безопасные способы хранения, транспортировки и использования этих веществ.

Дисциплина «Теория горения и взрыва» входит в учебные планы специальности 280101.65 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Оренбургского государственного университета.

Цель курса – дать выпускнику основные сведения по теории горения и взрыва, основным параметрам инициирования горения и взрыва, условиям перехода горения во взрыв, термодинамическим параметрам горения и взрыва.

Горение

Общие сведения о горении

Для того чтобы началось горение надо, как известно, поднести к горючему предмету горящую спичку. Но и спичка не загорается сама, ее надо чиркнуть о коробку. Таким образом, для того, чтобы началась химическая реакция, необходимо предварительное нагревание. Поджигание создает в начальный момент необходимую для реакции температуру. Дальше высокую температуру поддерживает тепло, которое выделяется при реакции.

Начальный местный подогрев должен быть достаточен для того, чтобы выделение тепла при реакции превышало теплоотдачу в окружающую среду. Поэтому каждая реакция имеет свою, как говорят, температуру воспламенения. Горение начинается только тогда, когда начальная температура выше температуры воспламенения. Например, температура воспламенения дерева — 255 о С, бензина — около 200 о С, белого фосфора – 50 о С.

Горение дров, угля, нефти – это химическая реакция соединения этих веществ с кислородом воздуха. Поэтому такая реакция идет с поверхности: пока не выгорит внешний слой, следующий не может принять участие в горении. Этим и объясняется медленность горения. В справедливости сказанного нетрудно убедиться на практике. Если размельчать горючее, то скорость горения может значительно увеличить. Для этой цели производится распыление угля во многих печных устройствах. Так же размельчается и смешивается с воздухом топливо в цилиндре мотора.

Горение вызывало к себе внимание у передовых умов человечества с древних времён, однако, правильное представление о горении сложилось сравнительно недавно. По господствовавшим представлениям в химии XVII- XVIII веков теория флогистона (от греч. рhlogistos – воспламеняемый, горючий) объясняла, что существует «огненная материя», которая, якобы, содержится во всех горючих веществах, в том числе и в металлах, и выделяется из них при горении. В конце XVIII в. взамен её принята новая научная теория горения – кислородная. М. В. Ломоносов (1711-1765 г.г.) впервые доказал, что сущность процесса горения заключается в химическом соединении горючего вещества с воздухом. В 1773 г. французский ученый А.Л. Лавуазье экспериментальным путём установил, что при горении не весь воздух соединяется с горючим веществом, а только входящий в его состав кислород. Так во второй половине XVIII века было научно доказано, что горение — это реакция окисления. Далее было установлено, что окисление в природе широко распространено. Это ржавление, гниение и другие процессы, которые в отличие от горения происходят в обычных температурных условиях. Общую теорию таких процессов разработал в конце XIX в. А.Н. Бах. Но теория А.Н. Баха не смогла объяснить ряд явлений, связанных с окислением (действие катализаторов, антиокислителей и др.)

Горением называется сложный физико-химический процесс, основой которого является быстро протекающая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла и излучением света.

Есть и другие трактовки термина «горение». Горением называется физико-химический процесс, для которого характерны три признака:

Например, «горение» электрической лампочки нельзя назвать горением, хотя при этом выделяются тепло и свет. В этом явлении нет одного из признаков горения — химического процесса. Свечение нити лампочки – это накаливание ее при пропускании электрического тока.

Горение представляет собой сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты горения, сопровождающийся выделением тепла и света.

Наука о горении — чрезвычайно многосторонняя область, весьма обширная и во многом ещё противоречивая. Поэтому некоторые специалисты считают, что термину «горение» трудно дать чёткую трактовку. В обычных условиях, т.е. при нахождении горючих веществ и материалов в воздухе, горение представляет собой реакцию их взаимодействия с кислородом воздуха. Для возникновения и продолжения процесса горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника воспламенения. При этом эти обязательные компоненты составляют горючую систему (рисунок 1.1), а источник воспламенения является импульсом, вызывающим в ней реакцию горения. Система является горючей только при определенном соотношении в ней горючего вещества и воздуха. Так, например, система, состоящая из паров бензина и воздуха, является горючей только при содержании в ней от 0,76 до 5,4 % бензина.

Источником воспламенения называется любое тело, имеющее температуру и запас тепла, достаточный для нагревания некоторого объёма горючей системы до возникновения в ней горения.

К источникам воспламенения относятся:

1) источники тепла (пламя, искра, нагретое тело);

2) тепловое проявление видов энергии:

а) химической (экзотермическая реакция);

б) механической (удар, сжатие, трение);

в) электрической (электрический разряд).

В качестве окислителя, помимо кислорода (воздуха), могут участвовать в процессе горения хлор (Cl), фтор (F), сера (S), бром (Br), а так же кислородосодержащие вещества: перманганат калия (KМnO4), селитры (KNO3, NaNO3, NH4NO3), бертоллетова соль (KClO3), азотная кислота (HNO3). Необходимо отметить, что магний (Mg) горит в углекислом газе (CO2).

Рисунок 1.1 – Горючая система

Как видно из таблицы 1.1, для возгорания смеси пропан-воздух в реакции

достаточен электрический заряд всего в 0,3 мДж. Он даёт хорошо различимую статическую искру, которую мы чувствуем, когда идём по синтетическому ковру, а затем дотрагиваемся до заземлённого предмета. А для некоторых реактивных газов, таких как водород, этилен и ацетилен для возгорания смеси с воздухом требуются еще меньшие количества энергии.

Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами в горючей системе, а источник воспламенения вызывает в ней реакцию горения. При установившемся горении источником воспламенения служит зона реакции.

Таблица 1.1 — Минимальные энергии зажигания парогазовоздушных смесей

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector