Химический процесс горения. Факторы, обеспечивающие процесс горения. Основные принципы тушения возгораний. Условия возникновения и прекращения горения

1.Условия возникновения и прекращения горения. Механизмы возникно­вения горения: вынужденное воспламенение , самовоспламенение.

Горение – совокупность физических и химических процессов, основой которых является реакция окисления, при этом выделяется тепло и свет. Продукты горения: СО 2 , Н 2 О, SО 2 , Р 2 О 5 , НСl, 3.72N 2 , N 2 . Процесс горения – это совокупность физических и химических процессов, в основе которых лежат окислительно-восстановительные реакции. Для того чтобы произошел процесс горения необходима энергия активации, которая задается с помощью ИЗ. У каждого вещества свое значение энергии активации, и чем оно меньше, тем вещество более пожаровзрывоопасное. Реакция горючих веществ при определенных условиях может самоускоряться и переходить в реакцию горения, такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением . Различают тепловое и цепное самовоспламенение. При тепловом самовоспламенении причиной ускорения реакции горения является превышение скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода. При цепном – превышение вероятности разветвления цепей над вероятностью их обрыва. Зажигание (вынужденное воспламенение) – это появление очага горения под воздействием ИЗ. Источник зажигания – это горящее или накаленное тело, а так же электри-ческий разряд, обладающий запасом энергии и температурой, достаточной для возникновения горения других веществ. Классификация ИЗ: 1)открытый огонь; 2)тепловое проявление механической энергии; 3)тепловое проявление электри-ческой энергии; 4)тепловое проявление химических реакций.

2. Самовозгорание. Условия, причины возникновения.

Наиболее склонными к самовозгоранию являются пористые, волокнистые, порошкообразные вещества и материалы, не плавкие или имеющие высокую температуру плавления (б.300° С). Соответ-ствующее свойство способствует лучшей сохранности структуры указанных веществ в условиях нагрева, что в свою очередь, благоприятствует накоплению теплоты в их массе и развитию процесса самовозгорания.

Поскольку развитию любого процесса самовозгорания во всех случаях спосо-бствует экзотермический эффект реакции , методику определения склонности веществ и материалов к самовозгоранию рассматри-вают в зависимости от того какой импульс изначально является причиной самовозгора-ния. Тепловое самовозгорание возникает при нагревании вещества до температуры, обеспечивающей его термическое разложе-ние и дальнейшее самоускоряющееся нагревание за счет тепла экзотермических реакций в объёме горючего. При этом большую роль играют реакции окисления продуктов термического разложения. Сам процесс протекает в форме тления в глубине материала, который затем переходит в пламенное горение на поверхности материала. Химическое самовозгорание возникает в месте контакта взаимодействующих веществ, реагирующих с выделением тепла. В этом случае самовозгорание возникает обычно на поверхности материала и затем распространяется вглубь. Микробиологическое самовозгорание характерно для материалов, в которых возможна жизнедеятельность микроорганизмов в объёме материала. Обугливание материала происходит внутри массы и распространяется к поверхности. Для процесса возгорания индукционный период исчисляется секундами или минутами. Для процесса самовозгорания индукционный период исчисляется часами, днями и даже месяцами.

3. Особенности горения газовоздушных смесей. Параметры, определяю­щие пожаровзры-воопасность газовоздушных смесей.

Скорость горения газопаровоздушных смесей определяется скоростью химических реакций. Фронт пламени – это горение на границе элементарного объема горящей смеси со средой. Имеет вид сферы. Толщина горения измеряется от 1 до 100 микрон. Т=1000 – 3000С°. Температура фронта пламени зависит от тепла и состава горючей смеси. При перемещении фронта пламени температура не сгоревшей части смеси возрастает, т.е. повышается давление смеси. На поверхности фронта пламени температура = температуре самовоспламенения горючей смеси. Скорость перемещения фронта пламени величина непостоянная, она изменяется в зависимости от: состава смеси, начальной температуры процесса горения, габаритов сосуда. При увеличении диаметра трубы от 0.1м до 0.15м скорость распространения фронта пламени быстро увеличивается. Дальнейшее увеличение d тр. дает незначительное увеличение скорости. При критическом размере d тр. скорость распростране-ния пламени остается неизменной. При уменьшении d тр. скорость распространения пламени уменьшается, и при критическом диаметре трубы пламя по трубопроводу не распространяется. Нормальная скорость распространения пламени по газопаровоздушным смесям сравнительно невелика, измеряется в десятках м/с. Однако при некоторых условиях пламя в трубах распределяется со скоростью 2 – 5 км/с. Это явление называется детонацией. Для детонации характерна постоянная скорость горения независимо от диаметра трубы. Высокое давление пламени, вызванное детонацией, вызывает ударную волну: температура газов повышается до температуры самовоспламенения, самовоспламенение происходит в смеси далеко перед фронтом пламени. Большое влияние на воспламенительную способность смеси оказывают тепловые проявления электрической энергии.

Для каждой горючей смеси существуют некоторые предельные min мощности искры, при которой смесь воспламеняется. НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени. ВКПР – верхний концентрационный предел распространения пламени. По области воспламенения горючего газа (от НКПРп до ВКПРп) судят о его пожарной опасности. НКПР – это наименьшая концентрация горючего газа в смеси с воздухом, при которой смесь уже может воспламениться от ИЗ и пламя распространяется на весь объем горючей смеси. При НКПРп скорость распространения пламени min, темпера-тура горения низкая и избыточное давление взрыва небольшое. Р взр =max=999кПа достигается при стехиометрической концентрации горючего газа в воздухе. ВКПР – это наибольшая концентрация горючего газа в смеси с воздухом, при которой смесь еще воспламеняется от ИЗ и пламя распространяется на весь объем горючей смеси. Характеризуется определенным избыто-чным давлением взрыва, которое >P взр при НКПРп, но
10. Взрывопредупреждение и взрывозащита по ГОСТ 121.010-76. Система стандартов безопасности труда. Взрывоопасность. Общие требования.

4. Особенности горения жидкостей. Параметры, характеризующие пожаровзрыво-опасность жидкостей.

Важнейшим свойством жидкости является испарение . Паровоздушная смесь, находящаяся в состоянии равновесия, характери-зуется давлением насыщенных паров или концентрацией. Давление насыщенного пара не зависит от количества жидкости, не от величины поверхности, не от формы сосуда, оно зависит только от температуры и природы жидкости. Давление насыщенного пара в закрытом сосуде всегда возрастает согласно уравнению Клапейрона-Клазиуса: Р п.н. = Р о е - Q исх./ RT 2 . С температуры давление насыщенного пара жидкости , при t = t кип, Р н.п. = Р атм. Часть давления , которое приходится на долю данного пара или газа, называется парциальным давлением. Общее давление смеси складывается из: давления горючей жидкости, давления О 2 и давления N 2 . Процесс прогрева жидкости в глубину . Нагрев поверхности жидкости лучистым потоком от пламени сопровождается передачей тепла в ее глубину. Теплоперенос осуществляется теплопро-водностью и ламинарной конвекцией (холодный ,  теплый). Скорости горения жидкостей: Удельная массовая скорость – это количество вещества, выгорающее в единицу времени с единицы площади зеркала жидкости (кг.\м 2 ∙с). Линейная скорость – это расстояние, на которое перемещается уровень зеркала жидкости в единицу времени за счет ее выгорания. (м\с). Массовая и линейная скорости связаны между собой через плотность жидкости m = ρ m ∙υ л. После воспламенения жидкости Твосп. до Ткип., в результате формируется прогретый слой. В этот момент скорости выгорания жидкости , при этом высота факела пламени, зависящая от вида горючей жидкости и от диаметра емкости. Вскипание и выброс. Процесс вскипания и выброса не происходит при горении таких продуктов как: керосин, дизельное топливо, бензин – это обусловлено тем, что керосин и дизельное топливо при горении прогреваются медленно и не образуют прогретого слоя одинаковой температуры. Бензин прогревается быстро, но Т кип его меньше Т кип воды. Нефть и мазут прогреваются вглубь весьма интенсивно и температура прогретого слоя при этом почти всегда выше 100 о С. Если в нефти вода содержится в эмульгированном состоянии, и нет подстила-ющего слоя воды в резервуаре, то при нагревании в начальной стадии, вследствие уменьшения вязкости верхнего слоя нефти, капли воды опускаются в глубь слоя жидкости, где вязкость нефти сравнительно высока, и постепенно там накапливаются. Одновременно с этим они нагреваются и при достижении определенной температуры закипают. Пары воды сильно вспенивают нефть, которая переливается через края емкости. Характерными признаками начала выброса являются: возникновение вибрации стенок резервуара, возрастающий шум, возрастание размера факела пламени.

Область воспламенения жидкости характеризуется 2 параметрами: Нижний Температурный Предел Распространения пламени – это та наименьшая температура жидкости, при которой ее насыщенные пары образуют в конкретной окислительной среде концентрацию = НКПР(п). Верхний Температурный Предел Распространения пламени – это та наивысшая температура жидкости, при которой концентрацию = ВКПР(п). Для возникновения горения жидкости при температуре, которая входит в область воспламенения необходим ИЗ. Под t -й вспышки понимают наименьшую температуру жидкости, при которой в условиях специальных испытаний над ее пов-ю образуются пары, способные вспыхивать от ИЗ, но скорость их образования еще не достаточна для возникновения устойчивого горения. Температура вспышки принята для классификации жидкостей по пожарной опасности: к ЛВЖ относятся жидкости с температурой вспышки 61С° называются ГЖ . Разница между Твс. и Т воспл. для ЛВЖ составляет 1 – 5 С°, причем чем нижи Твсп, тем меньше эта разница. ЛВЖ разделяются на 3 разряда: 1-особо опасные ЛВЖ с t-ой вспышки от -18 и ниже в закрытом тигле и -13 и ниже в открытом ; 2- постоянно опасные ЛВЖ выше -18 до +23, -13 до + 27 ; 3- опасные при повышенной t воздуха ЛВЖ 23-61, 27-66.
5. Основы теории горения твёрдых горючих веществ.

Существенное влияние на особенность горения ТГВ оказывает их состав. Для горения веществ, в состав которых входит О 2 его содержание в воздухе может быть уменьшено. Полимерные материалы отличаются высоким содержанием С, они не содержат О 2, и поэтому при сгорании требуется большее количество О 2 в воздухе. Химический состав ТГВ и их строение влияет на процесс горения, а так же на их тушение. Большинство ТГВ при нагревании меняет свое агрегатное состояние, т.е. газифицируется. Некоторые из них разлагаются, например древесина, др. плавятся, в обоих случаях образу-ются газообразные продукты, способные к горению. При воздействии ИЗ ТГВ образуют пары или газы, начинается образование процесс окисления и происходит самовоспламенение вещества, которое завершается самоподдержи-вающим процессом горения. Выделившееся в процессе горения тепло расходуется на разложение и плавление твердых участков горючего вещества, на активизацию горения твердого вещества. Горение твердых веществ протекает в зависимости от строения и поведения при нагревании по режимам: гомогенное, гомогенногетерогенное, гетерогенное горение. Существует немногочисленная группа ТГВ, которая при нагревании ИЗ не плавится и не разлагается. К ним относятся: антроцид, кокс, древесный уголь. Процесс окисления происходит непрерывно на поверхности самого вещества, в этом случае пламя не образуется и процесс горения носит гетерогенный характер. При нагревании ТГВ большое количество тепла затрачивается на фазовые преобразования, поэтому их температура горения и теплота сгорания сравнительно меньше, чем у газов или жидкостей. Распространения горения по ТГВ. Способы теплопередачи: 1) световое излучение; 2) теплопроводность; 3) конвекция. При этом следует учитывать, в частности для древесины, положение образца (конструкции). В различных условиях роль каждого вида теплообмена может меняться, доминирует световое излучение и конвекция. Различают массовую и линейную скорость горения. Скорость горения ТГВ зависит от: 1) влажности; 2) ориентации в пространстве ; 3) скорости направления ветра; 4) геометрических размеров.

9. Огнетушащие вещества и материалы. Механизмы их действия.

Огнетушащее вещество – это вещество, обладающее физико-химическими свойствами, позволяющими создавать условия для прекращения горения. Применяют различные агрегатные состояния: жидкие (вода и водные составы); газы (нейтральные разбавители, химически активные ингибиторы); пенные (хим. и воздушные – механические пены); аэрозольные (водные, твердодисперсные, сыпучие). По доминирующему способу прекращения горения: охлаждающие (вода, водные растворы); разбавляющие; химически тормозящие; изолирующие. Способы достижения потухания: 1)физическое торможение реакции (разбавление водой, нейтрализация газами , охлаждение, изоляция реагентов, перемешивание). 2)химическое торможение (применение химически активных ингибиторов, порошков, введение теплоемких компонентов, повышение черноты пламени, введение теплопроводных компонентов). 3)снижение температуры окружающей среды.

12.Классификация жидкостей в зависимости от температуры вспышки.

Под t -ой вспышки понимают наименьшую температуру жидкости, при которой в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуются пары, способные вспыхивать от ИЗ, но скорость их образования еще не достаточна для возникновения устойчивого горения. T всп. принята для классификации жидкости по пожарной опасности: к ЛВЖ относятся жидкости с температурой вспышки 61С° называются ГЖ . T всп. жидкости определяется экспериментально 2 способами: в открытом тигле (если оцениваем пожароопасность помещения в общем) и закрытом тигле(если оборудования). Разница между Твсп. и Твоспл. для ЛВЖ составляет 1 – 5 С°, причем чем ниже Твс., тем меньше эта разница. t всп =t кип -18√k (С°), k=4m с +4m s +m н +m N -2m o -2m Cl -3m F -5m Br .

ЛВЖ разделяются на 3 разряда: 1-особо опасные ЛВЖ с t-ой вспышки от -18 и ниже в закрытом тигле и -13 и ниже в открытом ; 2- постоянно опасные ЛВЖ выше -18 до +23, -13 до + 27 ; 3- опасные при повышенной t воздуха ЛВЖ 23-61, 27-66. Т всп - величина постоянная, изменяется только у жидкостей, которые представляют собой смесь 2 или более компонентов. Различную температуру вспышки имеют жидкости которые растворяются в воде (спирты, ацетон, глицерин).

6. Пожаровзрывоопасность пылевоздушных смесей. Параметры, характе­ризующие взрывоопасность органических и неорганических пылей.

Пыль – дисперсная система, состоящая из газообразной дисперсной среды и твердой дисперсной фазы. Горючая пыль – это дисперсная система, состоящая из твердых частиц размером состоянии в газовой среде, и способная к самостоятельному горению в воздухе нормального состава. Пыли могут быть во взвешенном или осевшем состоянии. Пыль, находящаяся во взвешенном состоянии называется аэровзвесью или аэрозолью. Пыль, находящаяся в осевшем состоянии внутри технологической конструкции называется аэрогелем. Аэрогель и аэровзвесь по своему составу не однородны, т.е. гетерогенны. При этом пылям свойственно занимать среднее место между твердыми веществами и газообразными. Аэровзвеси и аэрогели одинаковы в следующих показателях: имеют твердую фазу и при воздействии высоких температур их поведение характеризуется горением твердых веществ. С газопаровоздушными смесями их связывает процесс горения, протекающий в виде взрыва, поэтому для аэрогелей и аэровзвесей характерны однотипные параметры пожарной безопасности. Характерные свойства пыли: 1.Дисперсность – это степень измельченности твердого материала. Степень дисперсности пыли тесно связана с удельной поверхностью пыли. S 0 = R∙n, где R – коэффициент геометрической формы частицы. Конфигурация пылинок зависит от рода твердого вещества и от способа получения пыли. 2.Химическая активность – это способность пыли вступать в реакции. Определяется свойствами твердого вещества и в большей степени зависит от дисперсности. 3.Адсорбционная способность – это способность поглощать своей поверхностью пары и газы. 2 вида: физическая и химическая адсорбция. При физической адсорбции адсорбируемые пары и газы стремятся занять полностью поверхность вещества. При химической адсорбции происходит поверхностная реакция паров и газов с поверхностью пылинки. 4.Электризация – это способность пыли приобретать разряды статического электричества. Происходит в результате трения пыли о твердую поверхность или воздух. Теория горения аэровзвесей. Аэровзвеси воспламеняются и горят аналогично газопаровоздушным смесям, следовательно, их пожарная опасность характеризуется такими показателями: 1)концентрация; 2)min энергия ИЗ; 3)min взрывоопасное содержание кислорода. Отличие пылевоздушной смеси от газопаровоздушной: частички пыли склонны к слипанию и осаждению. При равных условиях с газовоздушной смесью, аэровзвесь имеет меньшую вероятность взрыва. Для воспламенения аэровзвеси потребуется более высокая энергия ИЗ. Под воздействием ИЗ происходит воспламенение пыли в элементарном объеме, из которого образуется фронт пламени. Этот фронт пламени, распространяясь по аровзвеси, может вызвать воспламенение всего объема. С диаметра пылинок резко НКПР(п). Max скорость горения пыли будет в чистом кислороде. В условиях производства подобное явление наблюдается при значительном отложении промышленной пыли, при небольшой локальной вспышке. Аэрогель быстро переходит во взвешенное состояние, что приводит к образованию вторичного более сильного взрыва пыли. Значительное изменение скорости распространения пламени зависит от содержания в них летучих веществ и золы, особенно для угольной, торфяной и древесной пыли. Пределы воспламенения аэровзвесей: для быстрого протекания процессов горения должны быть следующие условия: 1) необходимо для теплообмена сближение дисперсированных частиц (т.е. концентрация); 2) необходимо выделение за индукционный период необходимого кол-ва окутывающих газов; 3) необходимо обеспечение ускорения тепловыделения от начала развития реакции окисления до ее критического состояния, которое характеризуется самовоспламенением.

Основным параметром, указывающим на взрывоопасность пыли является НКПР(п). При НКПРп горение характеризуется низким давлением, малой скоростью распространения пламени, не самой высокой температурой горения. По НКПР(п) устанавливают взрывоопасные категории производственных помещений. Для пыли ВКПР(п) не определен. Взрыв аэровзвеси при НКПР(п) зависит от ряда факторов, т.е. у одного и того же вещества НКПР(п) меняется от ряда факторов: 1)мощность ИЗ , НКПР(п) ↓; 2)влажность пыли в воздухе , НКПР(п) ; 3)зольность пыли , НКПР(п) ; 4)дисперсность , НКПР(п) ↓; 5)содержание О 2 в воздухе , НКПР(п) ↓. С начальной температуры смеси ↓ концентрация О 2 в смеси, следовательно НКПР(п) . При НКПР(п) до 65 г/м 3 все пыли считаются взрывоопасными , выше – пожароопасными .

Взрыпоопасные пыли: 1класс- наиболее взрывоопасные, с нижним пределом воспламе-нения до 15 г/м 3 .(сера, канифоль, мельничная пыль, эбонитовая пыль); 2 класс- взрывоопасные с НПВ от 16 до 65 г/м 3 .(алюминиевый порошок , мучная пыль); 3 класс- наиболее пожароопасные, температура воспламенения до 250° С, НПВ выше 65 г/м 3 ; 4 класс- пожароопасные с температурой самовоспламенения выше 250 ° С, НПВ выше 65 г/м 3

7. Классификация пожаров и их краткая характеристика.

8. Сущность и методика оценки взрывоопасной и пожарной опасности веществ и материалов.

ГОСТ 12.1.004-91. Настоящий стандарт устанавливает общие требования пожарной безопасности к объектам защиты различного назначения на всех стадиях их жизненного цикла: исследование, разработка нормативных документов, конструирование, проектирование, изготовление , строительство, выполнение услуг (работ), испытание, закупка продукции по импорту, продажа продукции (в том числе на экспорт), хранение, транспортирование, установка, монтаж, наладка, техническое обслуживание, ремонт (реконструкция), эксплуатация (применение.) и утилизация. Для объектов, не соответствующих действующим нормам, стандарт устанавливает требования к разработке проектов компенсирующих средств и систем обеспечения пожарной безопасности на стадиях строительства, реконструкции и эксплуатации объектов. Требования стандарта являются обязательными.

ГОСТ 12.1.044-89. ПОЖАРОВЗРЫВООПАС-НОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ. Номенклатура показателей и методы их определе-ния. Настоящий стандарт распространяется на простые вещества, химические соединения и их смеси в различных агрегатных состояниях и комбинациях, в том числе полимерные и композитные материалы (далее – вещества и материалы), применяемые в отраслях народного хозяйства. Стандарт не распространяется на взрывчатые и радиоактивные вещества и материалы. Стандарт устанавливает номенклатуру показателей пожаровзрыво-опасности веществ и материалов и методы их определения. Согласно этому стандарту температурой самовоспламенения является самая низкая температура вещества при которой в условиях спец. испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающееся возникновением пламенного горения.

13.Теоретические основы предотвращения пожаров и прекращения горения.

Пожарная безопасность объекта обеспечивается: а) системой предотвращения пожара; б) системой противопожарной защиты, в т.ч. организационно-техническими мероприятиями, направленными на ограничение развития пожара и обеспечение безопасности людей. Предотвращение пожара достигается прекращением образования горючей среды и предотвращением образования ИЗ. Противопожарная защита обеспечивается также применением средств пожаротушения, автоматических установок пожаротушения, средствами противодымной защиты. Прекращение горения достигается не только устранением одного из условий возникновения горения, но и частичным снижением качественного показания условия горения. Существуют способы предотвращения горения до предельного. Концентрационные пределы процесса горения: а)КПР(п) (не постоянные), б)пределы по О 2 (не эффективно для вещ-в, в составе которых есть О 2), в)предельные концентрации негорючих газов (пар С=30-35% прекращает горение), г)предельная энергия зажигания, д)пределы подавления (для органических – 1кПа), е)предельные скорости распространения пламени (для Ж и тверд. веществ нижний предел – 1-3 г/м2, верхний – 0.05-0.1кг/м 2 , тверд. вещества – 0.02кг/м 2 с), Umax приводит к аэродинамическому срыву, ж)пределы по теплоте горения. Потухание пламени (нейтрализация газами, охлаждение, изоляция реагентов, перемешивание). 2)химическое торможение (применение химически активных ингибиторов, порошков, введение теплоемких компонентов, повышение черноты пламени, введение теплопроводных компонентов). 3)снижение температуры окружающей среды.

14. Классификация процессов горения: -кинетическое и диффузионное; -гомогенное и гетерогенное; -дефлограционное и детонационное; -ламинарное и турбулентное.

Классификация процессов горения: 1.В зависимости от механизма распространения зоны химической реакции: а)дефлаграционное распространение 0.5 – 50 м/с; б)детонационное – до 1-5км/с, характеризуется очень сильными разрушениями, т.к. давление взрыва проходящей ударной волны = 2МПа, а отраженной – 10 МПа; 50% разрушенных зданий = 50 кПа, 100% - 100кПа. 2.В зависимости от агрегатного состояния вещества: а)гомогенное; б)гетерогенное (горючее и окислитель в разных агрегатных состояниях). 3.В зависимости от условий смесеобразования: а)кинетическое горение (τ = τ хим. р-ции + τ физ. взаимодействия, τ физ. смешив. – пренебрегаем, τ – время горения, большая скорость, утечка газа); б)диффузионное горение (горючая смесь – горючее вещество, окислитель ИЗ, τ =τ физ. взаимодействия). 4.По газодинамическому состоянию компонентов: а)ламинарное – спокойное пламя; б)турбулентное – вихревое поступление. 5.По составу продуктов горения: а)полное сгорание; б)неполное сгорание (СО, сажа).

15. Классификация пылей по степени пожаровзрывоопастности.

Специфическими признаками взрывов газопаропылевоздушных смесей являются: 1)своеобразное действие ударной волны, приводящее к падению стен наружу, приподнятию потолков (межэтажные перекрытия при этом расширяются под воздействием проникшего газа таким образом, что нижняя сторона вбивается вниз, а верхняя к верху), скручиванию метали-ческих балок; оконные рамы при взрыве газа вырываются, иногда с целыми стеклами, из своих креплений. 2)беспорядочный характер разрушений , проявляющийся в толкающем и расталкивающем действии (перемещение предметов, на различные расстояние и в разных направлениях, передвижка стен помещения в зависимости от характера их крепления) Стеклянные колбы ламп, в частности неоновые трубки остаются целыми, так как сдвигающая сила взрыва газа не достаточна для их разрушения (в сравнении с дробящим действием взрыва ВВ). 3)отсутствие воронки в земле. Если иногда воронка образуется при взрыве газопарово-здушного облака, то это вызвана размывом почвы в месте выхода, то есть утечки горючего вещества. 4)сопровождение взрыва пламенем, которое охватывает сразу все помещение и воспламеняет горючие вещества и материалы или опаляет их. Инициирование пожара, части зданий покрыта копотью. Превалирующее термическое воздействие на людей (потерпевших) имеет характерные признаки в виде обширного отслоения участков кожи, характерный вид волос, которые претерпели вздутие и напоминают, как бы, нить жемчуга. Эти характерные признаки, предположительно, объясняются диффузией смеси газов под наружные участки кожи и вызывающие ее последующие отслоения. При взрыве конденси-рованных ВВ характерно: 1)проявление локально ограниченного дробящего действия взрыва на близлежащие предметы разрушения и вздыбли-вание вверх горизонтальных конструкций. 2)образование воронки в земле. 3)отсутствие пламени или его ограниченные размеры и не надолго. 4)пострадавшие, как правило, не имеют или имеют не обширные термические повреж-дения. Пожар при взрыве может быть только как следствие взрыва. То есть разрушение электриче-ских сетей и тепловых проявлений электрической энергии или других возможных источников зажигания воздействующих на горючие вещества и материалы.Для воспламенения аэровзвеси потребуется более высокая энергия ИЗ. Под воздействием ИЗ происходит воспламенение пыли в элементарном объеме, из которого образуется фронт пламени. Этот фронт пламени, распростра-няясь по аровзвеси, может вызвать воспламенение всего объема.

Горением называется химическая реакция окисления, со­провождающаяся выделением тепла и излучением света. Горе- пне возникает и протекает при определенных условиях. Для пего необходимы горючее вещество, кислород и источник вос­пламенения.

Чтобы возникло горение, горючее вещество должно быть на­грето до определенной температуры источником воспламенения (пламенем, искрой, накаленным телом) или тепловым прояв­лением какого-либо другого вида энергии: химической (экзо­термическая. реакция), механической (удар, сжатие, трение) и т. д.

Выделившиеся при нагревании горючего вещества пары и газы смешиваются с воздухом и окисляются, образуя горючую смесь. По мере накопления тепла в результате окисления газов и паров скорость химической реакции увеличивается, вследствие чего происходит самовоспламенение горючей смеси и появля­ется пламя.

С появлением пламени наступает горение, которое при бла-« гоприятных условиях продолжается до полного сгорания ве­щества.

В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т. е. область, где про­текает химическая реакция, выделяется тепло и излучается свет.

Для возникновения и протекания горения горючее вещество н кислород должны находиться в определенном количественном соотношении. Содержание кислорода в воздухе для большинства горючих веществ должно быть не менее 14-18%".

Известно много различных видов очагов горения (горение свечи, мощной промышленной топки, пожар здания или соору­жения и прочее). Все они значительно отличаются друг от друга и различны по характеру горючего вещества, однако основ­ные явления, протекающие при горении и в процессе его, оди­наковы.

Рассмотрим процесс горения простого светильника (свечи восковой, стеариновой и др.). Зажженная свеча горит устойчиво в нормальной среде воздуха до тех пор, пока хватает для этого содержащегося в ней горючего (воска, стеарина, парафина). Свеча потухнет вследствие нарушения одного из основных условий

Механизм процесса горения

Сгорание является сложным физико-химическим процессом. На большую часть показателей двигателя влияют, однако, не физико-химические особенности процесса сгорания, а закономерности тепловыделения и вызываемого им изменения давления и температуры в цилиндре. Ими определяются энергетические и экономические показатели цикла, статические и динамические нагрузки на детали, оцениваемые максимальным давлением цикла р z и скоростью нарастания давления при сгорании (dp/d(j) max (МПа/°п. к. в.) или (dp/dt) max (МПа/с), тепловая напряженность деталей, оцениваемая по распределению температур и тепловых потоков, интенсивность шумоизлучения, в определенной степени механические потери в двигателе и токсичность отработавших газов. Благоприятные показатели работы двигателя обеспечиваются при тепловыделении, начинающемся за 5-15° до в. м. т., вызывающем равномерное повышение давления в интервале углов поворота коленчатого вала 15-30° и в основном завершающемся за 45-50°. Теплоиспользование в действительном цикле с таким характером тепловыделения мало отличается от имеющего место в цикле с подводом теплоты при V = const , так как поршень у в. м. т. движется с малыми скоростями и поэтому за время тепловыделения проходит малый путь. Так, если тепловыделение завершается через 35° после в. м. т., то степень последующего расширения газов отличается от степени сжатия лишь на 11-12%. В действительности постепенное тепловыделение выгоднее мгновенного в связи с уменьшением потерь теплоты в охлаждающую среду и механических потерь двигателя. Физико-химические особенности процесса сгорания оказывают существенное влияние на излучение пламени, отложения на деталях и токсичность отработавших газов.

Основы теории горения . По представлениям кинетики химических реакций, акт реагирования происходит при столкновении молекул, энергия которых превосходит определенное для каждой из реакций значение, достаточное для разрушения существующих внутримолекулярных связей и замещения их новыми. Это критическое значение энергии называют энергией активации, а сами молекулы, вступающие в реакцию,- термически активными. Число столкновений в единицу времени термически активных молекул существенно увеличивается с температурой. Оно также зависит от природы реагентов, их соотношения в смеси и давления. При увеличении давления частота столкновений возрастает вследствие увеличения числа молекул каждого из реагентов в единице объема, причем в тем большей степени, чем большее число молекул n м участвует в элементарном акте реакции. Скорость химических реакций, измеряемая количеством вещества, прореагировавшего в единице объема в единицу времени [кг/(с м 3) или кмоль/(с м 3)],

Здесь С - концентрация реагента; t - время; К о - константа столкновений, зависящая от природы и соотношения реагентов в смеси; р - давление; n м - порядок химической реакции; Q a - энергия активации, зависящая от природы реагентов, механизма реакции и параметров состояния; Т - температура смеси, mR - универсальная газовая постоянная.

Приведенная зависимость справедлива для случая, когда концентрация реагентов поддерживается неизменной. В действительности она изменяется. Поэтому в ходе реакции скорость ее достигает максимума, а затем снижается до нуля.

Изложенных ранее представлений о химических реакциях, происходящих в результате соударения термически активных молекул исходных веществ, оказалось недостаточно для объяснения ряда наблюдений, так как: 1) экспериментально полученные зависимости скорости реакции от давления имеют нередко дробный положительный показатель степени, хотя очевидно, что в реакции не может участвовать дробное число молекул; 2) добавка некоторых веществ, так называемых присадок, к топливам существенно влияет на процесс горения, несмотря на очень малые концентрации; 3) зависимость скоростей предпламенных реакций от параметров состояния заметно отклоняется от определяемой по (2.17) вплоть до того, что в некотором диапазоне увеличение температуры сопровождается уменьшением скорости реакции (отрицательная температурная зависимость); 4) ряд реакций происходит с большими скоростями без повышения температуры смеси.

Эти и многие другие явления удалось объяснить на основании теории цепных реакций, в разработке которой выдающаяся роль принадлежит школе советских ученых во главе с акад. Н. Н. Семеновым. В соответствии с представлениями этой теории подавляющее большинство химических реакций идет по цепному механизму, т. е. исходные вещества переходят в конечные через более или менее длинную цепь отдельных реакций с образованием ряда промежуточных, нередко крайне неустойчивых, соединений. Ведущую роль в развитии цепной реакции играют химически активные частицы, обладающие свободными валентностями, легко вступающие в соединение с исходными или промежуточными продуктами без термической активации. В результате указанных реакций получаются конечные продукты и одновременно вновь образуется некоторое количество таких же или других активных частиц, которые снова вступают в реакции, возобновляя, цепь превращений.

Если в результате элементарного акта химически активной частицы с какой-либо молекулой воссоздается лишь одна активная частила, то имеет место простое продолжение реакции и она является неразветвленной. Скорость неразветвленной цепной реакции определяется числом активных частиц, возникающих в единицу времени, и средней длиной цепи. Химически активные частицы образуются в результате столкновений или самопроизвольного распада термически активных молекул. Поэтому зависимость w = f(p, Т) для неразветвленной цепной реакции аналогична (2.17). При этом рассматривают некоторую эффективную энергию активации, характеризующую итоговую зависимость скорости процесса от температуры. Если в результате элементарной реакции с участием одной активной частицы возникают две или большее число новых активных частиц, то имеет место гак называемое разветвление цепи. Скорость такой реакции очень быстро возрастает со временем даже при отсутствии повышения температуры. Обрыв цепи происходит при столкновении между собой химически активных частиц и в результате адсорбции их стенками, окружающими реагирующую смесь. Поэтому увеличение концентрации химически активных частиц сопровождается увеличением числа обрывов цепей и, как следствие, скорость разветвленной цепной реакции стабилизируется, а затем уменьшается в результате выгорания исходных веществ.

В соответствии с теорией цепных реакций дробный порядок реакции - результат сложного механизма течения реакции, включающей в себя ряд элементарных стадий, каждая из которых имеет свой порядок. В зависимости от значимости каждой из промежуточных стадий получаются те или иные значения показателя степени при р в (2.17). То обстоятельство, что каждая химически активная частица является источником целой серии превращений, позволяет объяснить ускоряющее или тормозящее действие небольших количеств присадок к топливу. Отрицательная температурная зависимость w объясняется тем, что увеличение температуры приводит к росту концентрации промежуточного продукта реакции, тормозящего образование конечных продуктов.

На протекание химических реакций в поршневых двигателях влияет как термическая, так и химическая активация частиц. Для различных условий преобладающим может быть один из способов активации. В большинстве случаев, однако, решающее влияние оказывает тепловое самоускорение реакций. Исключение составляет процесс самовоспламененияю.

Ø наличие горючего вещества,

Ø наличие окислителя

Ø наличие источника зажигания.

Горючее вещество и окислитель должны быть нагреты до определенной температуры источником зажигания. В установившемся процессе горения постоянным источником воспламенения является зона горения, т.е. область, где происходит реакция, выделяется тепло и свет.

Источники зажигания:

Ø открытый огонь,

Ø тепло нагревательных элементов и приборов,

Ø электрическую энер­гию,

Ø энергию механических искр,

Ø разрядов статического электричества и молнии,

Ø энергию процессов саморазогревания веществ и материалов (самовозгорание) и т.п.

Сгорание веществ может быть полным и неполным. При полном сгорании образуются продукты, не способные к дальнейшему горению (СО 2 , Н 2 О, НСl); при неполном получающиеся продукты способны к дальнейшему горению (С, СО, СН, Н 2 S, HCN, NH 3), как правило, продукты неполного сгорания являются токсичными. Признаком неполного сгорания является наличие дыма, содержащего несгоревшие частицы углерода (сажи). Продуктами сгорания называют газообразные, жидкие и твердые вещества, образующиеся в результате соединения горючего вещества с кислородом в процессе горения. Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. В условиях пожара чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, бензин, пластмасса, резина и др.) в состав которых входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. Реже во время пожара горят неорганические вещества, такие как сера, фосфор, натрий, калий, алюминий, титан, магний и др.

При изменении концентрации кислорода в воздухе изменяется и интенсивность горения. Горение большинства веществ прекращается при содержании кислорода в воздухе менее 16 %.

При нагревании все жидкие горючие вещества и большинство твердых, испаряясь или разлагаясь, превращаются в газообразные, которые образуют горючие смеси с кислородом или другим окислителем. Чтобы началось горение газовоздушной смеси, не обязательно наличие внешнего источника зажигания, достаточно повышение температуры до определенного предела.

Пожар, помимо горения, включает явления массо- и теплообмена, развивающиеся во времени и пространстве. Эти явления взаимосвязаны и характеризуются параметрами пожара: скоростью выгорания, температурой и т.д. и определяются рядом условий, многие из которых носят случайный характер.

Явления массо- и теплообмена называют общими явлениями , т.е. характерными для любого пожара независимо от его размеров и места возникновения. Только ликвидация горения может привести к их прекращению. При пожаре процесс горения в течение достаточно большого промежутка времени не управляется человеком. Следствием этого процесса являются большие материальные потери.

Общие явления могут привести к возникновению частных явлений , т.е. таких, которые могут происходить на пожарах, а могут и не происходить. К ним относят: взрывы, деформацию и обрушение технологических аппаратов и установок, строительных конструкций, вскипание или выброс нефтепродуктов из резервуаров и другие явления. Возникновение и протекание частных явлений возможно лишь при создании на пожарах определенных благоприятных для этого условий.

Пожар сопровождается еще и социальными явлениями, наносящими обществу не только материальный ущерб. Гибель людей, термические травмы и отравления токсичными продуктами горения, возникновение паники на объектах с массовым пребыванием людей и т.п. – тоже явления происходящие на пожарах. И они тоже частные, так как вторичны от общих явлений, сопровождающих пожар. Это особая группа явлений, вызывающая значительные психологические перегрузки и даже стрессовые состояния у людей.

Горением – называют физико-химический процесс, для которого характерны три признака: химическое превращение, выделение тепла, излучение света

Основа горения – окислительно-восстановительная реакция горючего вещества с окислителем. Окислителями могут быть хлор, бром, сера, кислород, кислородосодержащие и другие вещества.

Однако чаще всего приходится иметь дело с горением в атмосфере воздуха, при этом окислителем является кислород воздушной среды.

Для возникновения горения необходимо наличие:

горючего вещества;

окислителя;

источника воспламенения.

Но и в этом случае горение будет возможным, если горючее вещество и кислород или другой окислитель находятся в определенном количественном соотношении, а тепловой импульс имеет запас тепла, достаточный для нагревания веществ до температуры его воспламенения.

Если мало горючего вещества в смеси с воздухом или мало кислорода (менее 14-16% ), процесс горения не начинается.

Горение может быть вызвано непосредственным воздействием на горючее вещество открытого пламени или накаленного тепла, слабым, но беспрерывным и продолжительным нагреванием горючего вещества, самовозгоранием, химической энергией, механической энергией (трение, удар, давление), лучистой энергией тепла, нагретым до высоких температур воздухом и т.д.

Следовательно, следует различать условия, необходимые для возникновения горения и условия необходимые для протекания процесса горения.

Условия протекания горения:

1. Количество кислорода в составе воздуха, поступающего в зону горения, будет не менее 14–16% , т.е. вещество и окислитель находятся в определенном количественном соотношении.

Температура зоны горения, которая является постоянным источником воспламенения и источником нагрева верхнего слоя горючего вещества, выше температуры его воспламенения.

3. Скорость диффузии горючих газов и паров (продуктов разложения вещества) в зону горения будет несколько выше скорости горения.

4. Количества излучаемого зоной горения тепла при горении вещества будет достаточно для нагрева поверхностного слоя до температуры его воспламенения.

Если одно из этих условий отсутствует, то процесса горения не будет.

Пожарной опасностью называется возможность возникновения или развития пожара, заключенная в каком-либо веществе, состоянии или процессе.

Из этого определения можно сделать вывод, что пожарную опасность представляют вещества и материалы, если они в силу своих свойств, благоприятствуют возникновению или развитию пожара. Такие вещества и материалы относятся к пожароопасным.

Классификация пожароопасных веществ

Пожароопасные вещества по способности к горению подразделяются на:

Трудногорючие;

Негорючие.

Горючими называются вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Горючие вещества в свою очередь разделяются на легковоспламеняющиеся и трудно воспламеняющиеся.

Легковоспламеняющимся веществом называется горючее вещество, способное воспламеняться от кратковременного воздействия пламени спички, искры и тому подобных источников зажигания с низкой энергией.

К ним относятся:

Горючие жидкости (ГЖ):

Анилин ГЖ;

этиленгликоль ГЖ;

моторные и трансформаторные масла ГЖ;

ацетон ЛВЖ;

бензин ЛВЖ;

бензол ЛВЖ;

диэтиловый эфир и др.

ГЖ – жидкость способная самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющая температуру вспышки выше 66 0 С .

ЛВЖ – ГЖ, имеющая температуру вспышки не выше 66 0 С.

Горючие газы (ГГ):

пропан и др.

ГГ – газ способный образовывать с воздухом воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 55 0 С .

Горючие вещества:

целлулоид;

полистирол;

нафталин;

древесная стружка;

бумага и т.д.

Трудно воспламеняющимися веществами называются горючие вещества, способные воспламеняться только под воздействием мощного источника зажигания.

К ним относятся:

гетинакс;

полихлорвиниловая плитка;

древесина.

Трудно горючими – называют вещества, способные гореть под воздействием источника зажигания, но не способные к самостоятельному горению после удаления его.

К ним относятся:

трихлорацетат натрия (Nа(СН 3 СОО)Сl 3 );

водные растворы спирта;

аммиачная вода и т.д.

Негорючими называют вещества, не способные к горению в атмосфере воздуха обычного состава. К ним относятся: кирпич, бетон, мрамор, и гипс. Среди негорючих веществ имеются много весьма пожароопасных, которые выделяют горючие продукты или тепло при взаимодействии с водой или друг с другом.

К ним относятся:

Карбид кальция (СаС 2 );

Негашеная известь (СаСО 3 );

Разбавленные кислоты с металлами (серная, соляная);

Окислители КМпО 4 , Са 2 О 2 , О 2 , Н 2 О 2 , НО 3 , сжатый и жидкий кислород.