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

Процесс горения и виды горения

§ 1. Процессы горения. Виды горения : вспышка, возгорание, воспламенение, самовоспламенение, самовозгорание, взрыв.

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

Виды процессов горения

Пожары и взрывы на предприятиях торговли и общественного питания представляют большую опасность и остаются важной причиной несчастных случаев на производстве, причиняют огромный материальный ущерб, а иногда приводит и к потере людей.

Горение — быстро протекающая химическая окислительная реакция соединения горючей части вещества с кислородом воздуха, сопровождающаяся выделением большого количества тепла, излучением света (пламенем), дыма и химическими превращениями.

Возникает горение при наличии следующие составляющих: горючего вещества, окислителя, источника зажигания — в условиях нагрева тела до температуры воспламенения. К горючим, как правило, относятся углеводородосодержащие вещества — бензин, керосин, спирт и др., к окислителям — кислород воздуха, хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и др., к источникам зажигания — нагретые поверхности, открытый огонь, искры и т. д. Если отсутствует хотя бы одно из этих условий, процесс горения прекращается. Воздействие источника зажигания на горючее вещество (восстановитель) в присутствии кислорода воздуха (окислителя), приводящее к возникновению горения, называется зажиганием.

В зоне реакции появляется пламя — светящееся пространство, в котором сгорают реагирующие вещества. Цвет пламени зависит от химического состава вещества реагирующей системы. Внешнее проявление горения, сопровождающегося свечением в пламени, называется огнем.

В процессе реакции горения сгорание веществ может быть полным и неполным. В любом случае образуются продукты горения: при полном сгорании — продукты, не способные к дальнейшему горению (С02, Н20, НС1 и др.), при неполном — продукты, способные к дальнейшему горению (С (сажа), СО, Н28, НСЬ!, NН3, альдегиды и др.).

Процесс горения подразделяется на следующие виды: воспламенение, самовоспламенение, самовозгарание, вспышку, взрыв и детонацию. Существуют и особые виды горения: тление и холодно-пламенное горение.

Воспламенение — устойчивый процесс горения при поднесении к телу источника зажигания и при нагреве тела до температуры воспламенения. При этом нагреве горючие вещества, находящиеся в теле под действием тепла выделяются наружу из него в виде горючих газов и способствуют продолжению процесса горения даже после удаления источника зажигания. Область воспламенения вещества имеет два предела концентраций: нижний — минимальный и верхний — максимальный, за их пределами воспламенение не происходит.

Самовоспламенение — устойчивый процесс горения тел без поднесения к телу источника возгорания, а под действием внешнего источника тепла высокой температуры и при нагревании тела до температуры воспламенения. Например, могут самовоспламеняться древесные опилки, промасленная ветошь, бензин, керосин и другие предметы.

Самовозгорание — устойчивый процесс горения без поднесения к телу источника возгорания, без внешнего источника тепла, а под действием внутренних физико-химическиих процессов, протекающих с выделением тепла (торф, зерно, уголь, фосфор и др.) и нагревом тела до температуры воспламенения. Самовозгорание может быть тепловым, микробиологическим и химическим.

Вспышка представляет собой быстрое сгорание паров горючей смеси при поджигании, не сопровождающееся образованием сжатых газов. При этом для продолжения процесса оказывается недостаточным того количества тепла, которое образуется при кратковременном процессе вспышки. Вспыхивают пары легковоспламеняющихся веществ.

Взрыв — чрезвычайно быстрое химическое превращение вещества (взрывное горение) одновременно по всему объему, сопровождающееся выделением большого количества тепла и образованием сжатых газов или паров, которые, расширяясь, создают высокое давление в окружающей среде (взрывную волну). При взрыве автоматически возникает пожар и рушатся строительные конструкции.

При детонации передача энергии от слоя к слою смеси осуществляется не за счет теплопроводности, а распространением ударной волны. Давление в детонационной волне значительно выше давления при взрыве, что приводит к сильным разрушениям.

Тление — беспламенное горение твердого вещества, поверхность которого раскалена и излучает свет и тепло. Тление сопровождается термическим разложением горючего вещества и обильным выделением горючих газов и парообразных продуктов, которые при этом не реагируют, а свободно рассеиваются в атмосфере. Тление твердого вещества возможно при недостатке кислорода в зоне возникшей реакции горения; при недостатке выделяющейся в зоне теплоты; при очень быстром отводе выделяющейся теплоты из зоны возникшей реакции горения.

Холоднопламенное горение — основная форма нетеплового само-ускоряющегося режима реакции, которая при этом остается незавершенней, так как не вся химическая энергия реагирующей смеси расходуется на разогрев продуктов реакции.

Пожарную опасность представляет ряд твердых горючих веществ, находящихся в пылевидном состоянии (мука, уголь, сахар, соль, крахмал, нафталин и др.). Горючая пыль, осевшая на различных поверхности, способна к воспламенению и самовоспламенению.

Лекция № 27. Процесс горения и виды горения

Горением называется быстропротекающий химический процесс окисления или соединения горючего вещества и кислорода воздуха, сопровождающийся выделением газа, тепла и света.

Известно горение и без кислорода воздуха с образованием тепла и света. Таким образом, горение представляет собой не только химическую реакцию соединения, но и разложения.

Различают собственно горение, взрыв и детонацию. При собственно горении скорость распространения пламени не превышает десятков метров в секунду, при взрыве – сотни метров в секунду, а при детонации – тысячи метров в секунду.

С наибольшей скоростью горение происходит в чистом кислороде. По мере снижения концентрации кислорода процесс горения замедляется, наименьшая скорость горения при содержании кислорода в воздухе – 14–15%.

Для горения необходимы горючие материалы, окислитель и источник поджигания.

В практике различают полное и неполное горение. Полное горение достигается при достаточном количестве кислорода, а неполное – при недостатке кислорода. При неполном горении, как правило, образуются едкие, ядовитые и взрывоопасные смеси.

Процесс горения на практике рассматривается в условиях поджигания горючего вещества. Самовоспламенение (тепловой взрыв) возникает при внутреннем подогреве горючего вещества в результате химических процессов. Пожарная опасность горючих веществ характеризуется периодом индукции, или временем запаздывания самовоспламенения. Для горения и воспламенения важное значение имеет концентрация газов и паров в воздухе. Диапазон горения и воспламенения характеризуется нижним и верхним пределами взрываемости. Они являются важнейшей характеристикой взрывоопасности горючих веществ.

При взрывах некоторых газов, паров и смесей горение переходит в особую форму – детонацию.

Важное значение в противопожарном отношении имеет правильная эксплуатация электрических сетей и приборов.

Пожаро– и взрывоопасные объекты (ПВОО) – предприятия, на которых производятся, хранятся, транспортируются взрывоопасные продукты, приобретающие при определенных условиях способность к возгоранию или взрыву.

Все строительные материалы и конструкции из них делятся на три группы:

1) несгораемые – это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

2) трудно сгораемые – это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры с трудом воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть при наличии источника огня;

3) сгораемые – это материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продолжают гореть и тлеть после удаления источника огня.

Организация и управление противопожарной безопасностью на предприятии

Пожарная безопасность – состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей. Пожарная безопасность обеспечивается системой предотвращения пожара и системой пожарной защиты. Во всех служебных помещениях обязательно должен быть План эвакуации людей при пожаре.

Противопожарная защита – это комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, ограничение его распространения, а также на создание условий для успешного тушения пожара.

Одной из наиболее важных задач пожарной защиты является защита строительных помещений от разрушений и обеспечение их достаточной прочности в условиях воздействия высоких температур при пожаре.

К средствам тушения пожара, предназначенным для локализации небольших возгораний, относятся пожарные стволы, внутренние пожарные водопроводы, огнетушители, сухой песок, асбестовые одеяла и т. п.

Одной из наиболее важных задач пожарной защиты является защита строительных помещений от разрушений и обеспечение их достаточной прочности в условиях воздействия высоких температур при пожаре.

В зданиях пожарные краны устанавливаются в коридорах, на площадках лестничных клеток и входов. Вода используется для тушения пожаров в помещениях библиотек, вспомогательных и служебных помещениях.

Для тушения пожаров на начальных стадиях широко применяются огнетушители. По виду используемого огнетушащего вещества огнетушители подразделяются на следующие основные группы.

Пенные огнетушители применяются для тушения горящих жидкостей, различных материалов, конструктивных элементов и оборудования, кроме электрооборудования, находящегося под напряжением. Газовые огнетушители применяются для тушения жидких и твердых веществ, а также электроустановок, находящихся под напряжением.

Применяются и углекислотные огнетушители, достоинством которых является высокая эффективность тушения пожара, сохранность электронного оборудования.

Процесс горения и его виды

ОСНОВЫ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Пожарная безопасность — это состояние защищенности личности, имущества, общества и государства от пожаров (Федеральный закон № 69-ФЗ «О пожарной безопасности»). Система обеспечения пожарной безопасности – это совокупность сил и средств, а также мер правового, организационного, экономического, социального и научно-технического характера, направленных на борьбу с пожарами.

Пожарная безопасность решает 4 задачи.

1. Предупреждение (профилактика) пожаров.

2. Локализация и снижение ущерба от возникших пожаров.

3. Защита людей и материальных ценностей.

4. Тушение пожаров.

Горение – одно из интереснейших и жизненно необходимых для людей явлений природы. Горение является полезным для человека до тех пор, пока оно не выходит из подчинения его разумной воле. В противном случае оно может привести к пожару. Пожар — это неконтроли­руемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здо­ровью граждан, интересам общества и государства. Для предотвращения пожара и его ликвидации необходимы знания о процессе горения.

Горение – это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окисли­теля и источника зажигания.

Горючее вещество – это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.

Окислителями могут быть хлор, фтор, бром, йод, окислы азота и другие веще­ства. В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит ки­слородом воздуха.

Источник зажигания обеспечивает энергетическое воздействие на горючее вещество и окислитель, приводящее к возникновению горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) – молния, пламя, искры, накалённые пред­меты, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) – тепло химических реакций, микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п. Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания дол­жен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим ве­ществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддержива­ется тепловым излучением из его зоны.

Горючее вещество и окислитель образуют горючую систему, которая может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородной системе горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела (твёр­дые и жидкие горючие вещества, струи горючих газов и паров, поступающих в воз­дух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты горения к горючему веществу и затем вступает в химическую реакцию. Та­кое горение называется диффузионным. Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии. Если горючее вещество в газообразном, парообразном или пылеобразном состоянии уже перемешано с воздухом (до поджи­гания его), то такая горючая система является однородной и процесс её горения зави­сит только от скорости химической реакции. В этом случае горение протекает быстро и называется кинетическим.

Горение может быть полным и неполным. Полное горение происходит в том случае, когда кислород поступает в зону горения в достаточном количестве. Если ки­слорода недостаточно для окисления всех продуктов, участвующих в реакции, проис­ходит неполное горение. К продуктам полного горения относятся углекислый и сер­нистый газы, пары воды, азот, которые не способны к дальнейшему окислению и го­рению. Продукты неполного горения – окись углерода, сажа и продукты разложения вещества под действием тепла. В большинстве случаев горение сопровождается возникновением интенсивного светового излучения – пламенем.

Различают ряд видов возникновения горения: вспышка, возгорание, воспламе­нение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Вспышка – это быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. Количества тепла, которое образуется при вспышке, недостаточно для продолжения горения.

Возгорание – это возникновение горения под воздействием источника зажига­ния.

Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остаётся относительно холодной.

Самовозгорание – явление резкого увеличения скорости экзотермических реак­ций окисления в веществе, приводящее к возникновению его горения при отсутствии внешнего источника зажигания. В зависимости от внутренних причин процессы само­возгорания делятся на химические, микробиологические и тепловые. Химическое самовозгорание происходит от воздействия на вещества кислорода воздуха, воды или от взаимодействия веществ. Самовозгораются промасленные тряпки, спецодежда, вата и даже металлическая стружка. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла сопровождается выделением тепла. Если образуется тепла больше, чем тепло­потери в окружающую среду, то возможно возникновение горения без всякого под­вода тепла. Некоторые вещества самовозгораются при взаимодействии с водой. К ним относятся калий, натрий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов. Кальций за­горается при взаимодействии с горячей водой. Окись кальция (негашеная известь) при взаимодействии с небольшим количеством воды сильно разогревается и может вос­пламенить соприкасающиеся с ней горючие материалы (например, дерево). Некото­рые вещества самовозгораются при смешивании с другими. К ним относятся в первую очередь сильные окислители (хлор, бром, фтор, йод), которые, контактируя с некото­рыми органическими веществами, вызывают их самовозгорание. Ацетилен, водород, метан, этилен, скипидар под действием хлора самовозгораются на свету. Азотная ки­слота, также являясь сильным окислителем, может вызывать самовозгорание древес­ной стружки, соломы, хлопка. Микробиологическое самовозгорание заключается в том, что при соответствую­щей влажности и температуре в растительных продуктах, торфе интенсифицируется жизнедеятельность микроорганизмов. При этом повышается температура и может возникнуть процесс горения. Тепловое самовозгорание происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются и в результате уси­ления окислительных процессов самонагреваются. Полувысыхающие растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), касторовая олифа, скипидарные лаки, краски и грунтовки, древесина и ДВП, кровельный картон, нитролинолеум и некоторые другие материалы и вещества могут самовозгораться при температуре окружающей среды 80 — 100 ºС.

Самовоспламенение — это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. Самовоспламеняться могут твёрдые и жидкие вещества, пары, газы и пыли в смеси с воздухом.

Взрыв (взрывное горение) — это чрезвычайно быстрое горение, которое сопро­вождается выделением большого количества энергии и образованием сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Виды горения характеризуются температурными параметрами, основными из них являются следующие. Температура вспышки – это наименьшая температура го­рючего вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, спо­собные кратковременно вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Однако ско­рость образования паров или газов ещё недостаточна для продолжения горения. Тем­пература воспламенения – это наименьшая температура горючего вещества, при ко­торой оно выделяет горючие пары или газы с такой скоростью, что после воспламе­нения их от источника зажигания возникает устойчивое горение. Температура само­воспламенения – это самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся воспламене­нием. Температура самовоспламенения у исследованных твёрдых горючих материа­лов и веществ 30 – 670 °С. Самую низкую температуру самовоспламенения имеет бе­лый фосфор, самую высокую — магний. У большинства пород древесины эта темпера­тура равна 330 – 470 ºС.

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 О2, также Сl,F,Br,I,NOX)

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)

В. Детонационное1000 м/с5000 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 горениесоответствует 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 (сttвоспламенения 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 средытемпературы 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:

Тепловоесамовозгорание/самовоспламенение происходит в результате продолжительного действия незначительного источника тепла. При этом вещества разлагаются, адсорбируются и в результате действия окислительных процессов самовозгораются. Так приt100С к самовозгоранию склонны древесные опилки, ДВП, паркет.

Химическоесамовозгорание/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 I2, поглощенное 100 г испытываемого масла или жира).

Чем выше йодное число, тем ниже температура самовозгорания, тем опаснее вещество.

Микробиологическоесамовозгорание — 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.

Характеристика процесса горения

Всем нам практически ежедневно приходится сталкиваться с тем или иным проявлением процессом горения. В нашей статье мы хотим более подробно рассказать какие особенности включает в себя данный процесс с научной точки зрения.

Горение является основной составляющим процессом на пожаре. Пожар начинается с возникновения горения, его интенсивность развития как правило путь пройденный огнем, то есть скорость горения, а тушение заканчивается прекращением горения.

Под горением обычно понимают экзотермическую реакцию между горючим и окислителем, сопровождающуюся, по крайней мере, одним из трех следующих факторов: пламенем, свечением, дымообразованием. Из-за сложности процес­са горения указанное определение не является исчерпывающим. В нем не учтены такие важнейшие особенности горения, как быстрое протекание лежащей в его основе экзотермической реакции, ее самоподдерживающийся характер и способность к самораспространению процесса по горючей смеси.

Различие между медленной экзотермической окислительно-вос­становительной реакцией (коррозия железа, гниение) и горением заключается в том, что последняя протекает настолько быстро, что теплота производится быстрее, чем рассеивается. Это приводит к по­вышению температуры в зоне реакции на сотни и даже тысячи гра­дусов, к видимому свечению и образованию пламени. По сути так образуется пламенное горение.Если происходит выделение тепла но пламя при это отсутствует, то этот процесс называется тлением.И в том и в другом процессе происходит образование дыма – аэрозоля полного или неполного сгорания ве­ществ. Стоит отметить, что при горении некоторых веществ пламени не видно, а также отсутствует и выделение дыма, к таким веществам относится водород. Слишком быстрые реакции (взрывчатое пре­вращение) также не входят в понятие горения.

Необходимым условием для возникновения горения является на­личие горючего вещества, окислителя (при пожаре его роль выпол­няет кислород воздуха) и источника зажигания. Для непосредственно­го возгорания необходимо наличие критических условий по составу горючей смеси, геометрии и температуре горючего материала, давле­нию и др. После возникновения горения в качестве источника зажи­гания выступает уже само пламя или зона реакции.

Например, метан способен окисляться кислородом с выделением тепла до метилового спирта и муравьиной кислоты при 500-700 К. Однако, чтобы реакция продолжилась, необходимо пополнение теп­лоты за счет внешнего подогрева. Горением это не является. При на­гревании реакционной смеси до температуры выше 1000 К скорость окисления метана возрастает настолько, что выделяющегося тепла становится достаточно для дальнейшего продолжения реакции, необ­ходимость в подводе теплоты извне исчезает, начинается горение. Та­ким образом, реакция горения, возникнув, способна сама себя поддер­живать. Это главная отличительная особенность процесса горения. Другая, связанная с ней особенность — способность пламени, являю­щегося зоной химической реакции, самопроизвольно распростра­няться по горючей среде или горючему материалу со скоростью, оп­ределяемой природой и составом реакционной смеси, а также услови­ями процесса. Это основной механизм развития пожара.

Типичная модель горения построена на реакции окисления органических веществ или углерода кислородом воздуха. Множество физических и химических процессов сопровождают горение. Физика это перенос тепла в систему. Окислительные и восстановительные реакции это составляющая природы горения со стороны химии. Отсюда из понятия горение вытекают самые разные химические превращения, включая разложение исходных соединений, диссоциации и ионизации продуктов.

Совокупность горючего вещества или материала с окислителем представляет собой горючую среду. В результате разложения горю­чих веществ под воздействием источника зажигания происходит об­разование газопаровоздушной реакционной смеси. Горючие смеси, которые по составу (соотношению компонентов горючего и окисли­теля) отвечают уравнению химической реакции, называются смесями стехиометрического состава. Они наиболее опасны в пожарном от­ношении: легче воспламеняются, интенсивнее горят, обеспечивая полное сгорание вещества, в результате чего выделяют максималь­ное количество теплоты.

Рис. 1. Формы диффузионных пламен

а – горение реактивной струи, б – горение разлитой жидкости, в – горение лесной подстилки

По соотношению количества горючего материала и объема окислителя различают бедные и богатые смеси: бедные содержат в изобилии окислитель, богатые — горючий материал. Минимальное количество окислителя, необходимое для полного сгорания единицы массы (объема) того или иного горю­чего вещества, определяется по уравнению химической реакции. При горении с участием кислорода требуемый (удельный) расход воздуха для большинства горючих веществ находится в пределах 4-15 м 3 /кг. Горение веществ и материалов возможно только при обусловленном содержании в воздухе их паров или газообразных продуктов, а также при концентрации кислорода не ниже заданного предела.

Так, для картона и хлопка самопотухание наступает уже при 14 об. % кис­лорода, а полиэфирной ваты — при 16 об. %. В процессе горения, как и в других химических процессах, обяза­тельны два этапа: создание молекулярного контакта между реаген­тами и само взаимодействие молекул горючего с окислителем с об­разованием продуктов реакции. Если скорость превращения исход­ных реагентов определяется диффузионными процессами, т.е. ско­ростью переноса (пары горючих газов и кислорода переносятся в зону реакции за счет градиента концентраций в соответствии с зако­нами диффузии Фика), то такой режим горения называется диффу­зионным. На рис. 1 приведены различные формы диффузионных пламен. При диффузионном режиме зона горения размыта, и в ней образуется значительное количество продуктов неполного сгора­ния. Если же скорость горения зависит только от скорости химиче­ской реакции, которая значительно выше скорости диффузии, то режим горения называется кинетическим. Ему свойственны более высокие скорости и полнота сгорания и как следствие высокие ско­рости тепловыделения и температура пламени. Этот режим имеет место в предварительно перемешанных смесях горючего и окисли­теля. Отсюда, если реагенты в зоне химической реакции находятся в одинаковой (обычно газовой) фазе, то такое горение называют го­могенным, при нахождении горючего и окислителя в зоне реакции в разных фазах — гетерогенным. Гомогенным является горение не только газов, но и жидкостей, а также большинства твердых ве­ществ и материалов. Объясняется это тем, что в зоне реакции горят не сами материалы, а их пары и газообразные продукты разложе­ния. Наличие пламени является отличительным признаком гомоген­ного горения.

Примерами гетерогенного горения служат горение углерода, уг­листых остатков древесины, нелетучих металлов, которые даже при высоких температурах остаются в твердом состоянии. Химическая реакция горения в этом случае будет происходить на поверхности раздела фаз (твердой и газообразной). Отметим, что конечными про­дуктами горения могут быть не только оксиды, но и фториды, хлори­ды, нитриды, сульфиды, карбиды и др.

Характеристики процесса горения разнообразны. Их можно подразделить на следующие группы: форма, размер и структура пламе­ни; температура пламени, его излучательная способность; тепловы­деление и теплота сгорания; скорость горения и концентрационные пределы устойчивого горения и др.

Всем известно, что при горении образуется свечение которое сопровождает пламя продукта горения.

Рассмотрим две системы:

  • газообразная система
  • конденсированная система

В первом случае при возникновении горения весь процесс будет происходить в пламени, во втором же случае часть реакций будет происходить в самом материале, либо его поверхности. Как упоминалось выше существуют газы которые могут гореть без пламени, но если рассматривать твердые вещества существуют также группы металлов которые также способны гореть без проявления пламени.

Часть пламени с максимальным значением, где происходят интенсивные превращения, называется фронтом пламени.

Теплообменные процессы и диффузия активных частиц из зоны горения которые являются ключевыми механизмами движения фронта пламени по горючей смеси.

Скорость распространения пламени принято разделять на:

  • дефлаграционное (нормальное), протекаю­щее с дозвуковыми скоростями (0,05-50 м/с)
  • детонационное, ког­да скорости достигают 500-3000 м/с.

Рис. 2. Ламинарное диффузионное пламя

В зависимости от характера скорости движения газового потока, создающего пламя, различают ламинар­ные и турбулентные пламена. В ламинарном пламени движение газов происходит в разных слоях, все процессы тепло-, массоообмена происходят путем мо­лекулярной диффузии и конвекции. В турбулентных пламенах про­цессы тепло-, массообмена осуществляются в основном за счет мак­роскопического вихревого движения. Пламя свечи — пример лами­нарного диффузионного пламени (рис. 2). Любое пламя высотой более 30 см будет уже обладать случайной газовой механической не­устойчивостью, которая проявляется видимыми завихрениями дыма и пламени.

Рис. 3. Переход ламинарного потока в турбулентный

Очень наглядным примером перехода ламинарного потока в тур­булентный является струйка сигаретного дыма (рис. 3), которая, поднявшись на высоту около 30 см, приобретает турбулентность.

При пожарах пламена имеют диффузионный турбулентный ха­рактер. Присутствие турбулентности в пламени усиливает перенос тепла, а смешивание влияет на химические процессы. В турбулент­ном пламени выше также скорости горения. Это явление делает затруднительным перенос поведения мелкомасштабных пламен на крупномасштабные, имеющих большую глубину и высоту.

Экспериментально доказано, что температура горения веществ в воздухе гораздо ниже температуры горения в атмосферной кислородной среде

В воздухе температура будет колебаться от 650 до 3100 °С, а в кислородной показатели температуры возрастут на 500-800 °С.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector