Основы возникновения и распространения пожаров

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(ФГБОУ ВО «КНИТУ»)

Реферат

по дисциплине «Основы возникновения и распространения пожаров»

Выполнил:

студент группы 110-М14

Муртазин Р.Р.

Проверил преподаватель:

Гришин А.Н.

Казань 2020 г



Содержание

Введение

Глава 1. История развития знаний о горении

Глава 2. Классификация видов горения

2.1 Общие положения

2.2 Вспышка

2.3 Возгорание

2.4 Воспламенение

2.5 Самовозгорание

2.6 Самовоспламенение

2.7 Взрыв

Заключение

Список использованных источников и литературы



Введение

Горение - это сложный физико-химический процесс [1] превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла [2;3]. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем. Освоение огня сыграло ключевую роль в развитии человеческой цивилизации. Огонь открыл людям возможность приготовления пищи и обогрева жилищ, а впоследствии -- развития металлургии, энергетики и создания новых, более совершенных инструментов и технологий. Управление процессами горения лежит в основе создания двигателей для автомобилей, судов и ракет.

Горение - основной источник энергии в мире. Еще в 2010 году около 90% всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием биотоплив или ископаемых топлив [4]. По прогнозам Управления энергетических исследований и разработок США, эта доля не упадет ниже 80% до 2040 года при одновременном росте энергопотребления на 56% в период этих 30 лет [5]. С этим связаны глобальные проблемы современной цивилизации: истощение не возобновляемых энергоресурсов, загрязнение окружающей среды и глобальное потепление.

За счет выделяющегося в реакции тепла химические реакции горения идут по разветвленно-цепному механизму с самоускорением. Отличительной особенностью горения является большой тепловой эффект реакции и большая энергия активации, которая приводит к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Из-за этого горючая смесь, которая способна храниться при комнатной температуре неограниченно долго, может воспламениться или взорваться при достижении критической температуры воспламенения - самовоспламенения, или при инициировании внешним источником энергии - вынужденное воспламенение, или зажигание.

Взрывом называют явление, при котором продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объеме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты. Процессы горения и взрыва являются основой для создания огнестрельного оружия, взрывчатых веществ, боеприпасов и различных видов обычных вооружений. Особым видом горения считается детонация [6].



Глава 1. История развития знаний о горении

Как говорилось в ведении, в настоящее время горение является основным источником энергии. Более 90% потребляемой энергии в мире имеет своим источником горение, большинство современных технологий основано на использовании горения. Количественное описание этого явления представляет не только чисто научный интерес, но также имеет большое практическое значение. Изучение огня началось в каменном веке как практическая проблема для первобытного человека [6].

По данным археологии, люди начали пользоваться огнем для обогрева и приготовления пищи 600 тысяч лет назад, а научились получать огонь - 30 тысяч лет назад. Порох был изобретен в Китае, а также использовался в Японии более трех тысяч лет назад. Огню отводилось значительное место в ранних мифах и легендах, например, в греческом мифе о Прометее, похитившем огонь у богов и отдавшем его людям [9].

Первые научные представления относительно пламени были сформулированы, по-видимому, греческим философом Гераклитом, считавшим, что огонь является одним из основных веществ. Из первых теорий, пытавшихся объяснить сущность процесса горения, следует отметить теорию флогистона. Эта теория сыграла известную роль в развитии химии и, в частности, в изучении процесса горения. Она появилась в XVII веке в связи с развитием металлургии [9].

По этой химической теории все вещества, способные гореть, содержат особое вещество - флогистон, которое выделяется при горении: флогистон - по-гречески «горючий» - флогистос. Процесс горения по этой теории заключается в разложении вещества на флогистон и остаток - землю. Считалось, что в углероде, сере, водороде содержится больше флогистона, чем в металлах. Однако ряд явлений, сопровождающих процесс горения, эта ошибочная теория объяснить не могла. Выделить чистый флогистон и изучить его, разумеется, также не удалось. Поэтому теория флогистона из фактора прогресса в развитии химии превратилась в его тормоз. Большинство химиков того времени придерживались теории флогистона. Английский ученый Роберт Бойль считал, что при нагревании металлов «огненная материя» соединяется с металлами и превращает их в окалину. Так как вес окалины больше веса металла, из которого она получена, то, по мнению Бойля, флогистон имеет вес [9].

Впервые теорию флогистона опроверг великий русский ученый (1711-1765 гг.). Он провел большое количество опытов с прокаливанием свинца и олова в открытых и запаянных сосудах. В этих опытах проводилось взвешивание вещества до и после прокаливания. При этом было показано, что металлы при прокаливании соединяются с воздухом и увеличиваются в весе. Прокаливая металл в запаянном сосуде, нашел, что хотя на металле и образуется окалина, но общий вес сосуда с металлом остается неизменным. показал, что флогистон не проникает сквозь стекло запаянного сосуда, а окалина образуется за счет присоединения к металлу воздуха, находящегося в сосуде. Своими опытами выявил не только сущность процесса горения, но и установил основной закон современной химии - закон сохранения массы вещества (1756г.). Позднее, в 1773г. Лавуазье повторил опыты и показал, что только часть воздуха соединяется с металлом, причем эта часть содержит ~ 20% от объема воздуха, то есть составляет долю кислорода в воздухе. Среди ученых, живших и работавших до начала XX века, наибольший вклад в развитие науки о горении внесли П. Бертело, Р. Бунзен, Р. Бэкон, А. Лавуазье, М. Фарадей, С. Чепмен и другие [9].

В ХХ веке наука о горении и основанные на ней технологии стали быстро развиваться. В 1926г. американский инженер Р. Годдард разработал, испытал и получил патент на первую ракету с жидким топливом. Примерно в это же время в СССР создал и испытал ракетные двигатели на жидком топливе. В 1932г. в Королевым была создана группа специалистов по изучению реактивного движения - ГИРД. В августе 1933г. была запущена первая советская жидкостная ракета ГИРД-09, а в ноябре 1933г. - ГИРД-10. Эти работы были продолжены , и другими учеными уже после войны. В результате этих работ СССР стал пионером в освоении космоса. Бурными темпами наука о горении начала развиваться после Второй мировой войны.

Основополагающий вклад в науку о горении был внесен академиком , который получил Нобелевскую премию по физике за открытие цепных разветвленных реакций, играющих определяющую роль в горении и взрыве. основал Институт химической физики АН СССР, который на протяжении многих лет занимает ведущее положение в области горения. Выдающимся ученым в области горения был академик (трижды Герой Социалистического Труда). Вклад в науку о горении настолько велик, что мировое сообщество по горению учредило золотую медаль его имени за достижения в науке о горении, которая вручается каждые два года на Международных симпозиумах по горению.

На стыке химической кинетики и науки о горении плодотворно работали, -Каменецкий, и многие другие выдающиеся советские ученые. За рубежом наука о горении интенсивно развивается в США, где сложились крупные научные школы исследователей, возглавляемые , Т. Карманом, Б. Льюисом, , М. Саммерфильдом, Г. Эльбе. Из европейских ученых в области физики горения можно отметить М. Баррера, , Луиджи де Лука, и других [9].



Глава 2. Классификация видов горения

2.1 Общие положения

Горение - это химический процесс соединения горючего вещества с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты и излучением света. Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается. И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения.

Различают несколько видов горения:

1) Вспышка - быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. 2) Возгорание - возникновения горения от источника зажигания. 3) Воспламенение - возгорание, сопровождающееся появлением пламени. 4) Самовозгорание - горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания. 5) Самовоспламенение - самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. 6) Взрыв - чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.

Горение газов является в диффузионной, когда кислород проникает в зону горения, так и в кинетической, при однородной горючей смеси области и может носить характер взрывного или детонационного горения. При горении жидкости происходит её испарение и сгорание паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Определяющим является процесс испарения жидкости, который зависит от ее физико-химических свойств, теплового процесса в ней и т. п. Процесс горения паров не отличается от горения газов. Горение твердых веществ - гетерогенно-диффузионное (то есть горение в разных фазах с проникновением - плавление, разложение и испарение с выделением газообразных продуктов, которые образуют с воздухом горючую смесь). Повышенную пожарную опасность имеет пыль. Причем с увеличением дисперсности (это по сути насыщенность, отношение площади поверхности частиц к занимаемому ими объёму) пыли возрастает ее химическая активность, снижается температура самовоспламенения, что повышает ее пожарную опасность. Скорость горения высокодисперсной пыли приближается к скорости горения газа. Взрывоопасной является не только взвешенная, но и осевшая пыль, так как при воспламенении она переходит во взвешенное состояние, что приводит ко вторичным взрывам [10].

2.2 Вспышка

Температура вспышки -- наименьшая температура летучего конденсированного вещества, при которой пары над поверхностью вещества способны вспыхивать в воздухе под воздействием источника зажигания, однако устойчивое горение после удаления источника зажигания не возникает.

Вспышка -- быстрое сгорание смеси паров летучего вещества с воздухом, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Температуру вспышки следует отличать как от температуры воспламенения, при которой горючее вещество способно самостоятельно гореть после прекращения действия источника зажигания, так и от температуры самовоспламенения, при которой для инициирования горения или взрыва не требуется внешний источник зажигания.

По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з. т.) или 66 °C в открытом тигле (о. т.). Жидкости с температурой вспышки не более 28 °C называют особо опасными.

Для определения температуры вспышки применяются расчётные или экспериментальные методы. Как правило, при отсутствии указания на метод измерения используется метод Пенского -- Мартенса.

Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растёт с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.

Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по методу Пенского -- Мартенса ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.

Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле [10].



2.3 Возгорание (пожар)

Пожар -- неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью людей, интересам общества, государству. Причины возникновения пожаров: несоблюдение правил эксплуатации производственного оборудования и электрических устройств; неосторожное обращение с огнём; самовозгорание веществ и материалов; грозовые разряды; поджоги, боевые действия; неправильное пользование газовым оборудованием; солнечный луч, действующий через различные оптические системы. Виды пожаров по месту возникновения: пожары на транспортных средствах; степные и полевые пожары; подземные пожары в шахтах и рудниках; торфяные и лесные пожары; техногенные пожары (в резервуарах и резервуарных парках, АЭС, электростанциях и т. п.) пожары в зданиях и сооружениях: наружные (открытые), в них хорошо просматриваются пламя и дым; внутренние (закрытые), характеризующиеся скрытыми путями распространения пламени домашние пожары.

Зоны пространства, охваченного пожаром: зона активного горения (очаг пожара); зона теплового воздействия; зона задымления. Внешними признаками зоны активного горения является наличие пламени, а также тлеющих или раскалённых материалов. Основной характеристикой разрушительного действия пожара является температура, развивающаяся при горении. Для жилых домов и общественных зданий температуры внутри помещения достигают 800--900 °C. Как правило, наиболее высокие температуры возникают при наружных пожарах и в среднем составляют для горючих газов 1200--1350 °C, для жидкостей 1100--1300 °C, для твёрдых веществ 1000--1250 °C. При горении термита, электрона, магния максимальная температура достигает 2000--3000 °C.

Пространство вокруг зоны горения, в котором температура в результате теплообмена достигает значений, вызывающих разрушающее воздействие на окружающие предметы и опасных для человека, называют зоной теплового воздействия. Принято считать, что в зону теплового воздействия, окружающую зону горения, входит территория, на которой температура смеси воздуха и газообразных продуктов сгорания не меньше 60--80 °C. Во время пожара происходят значительные перемещения воздуха и продуктов сгорания. Нагретые газообразные продукты сгорания устремляются вверх, вызывая приток более плотного холодного воздуха к зоне горения. При пожарах внутри зданий интенсивность газового обмена зависит от размеров и расположения проёмов в стенах и перекрытиях, высоты помещений, а также от количества и свойств горящих материалов. Направление движения нагретых продуктов обычно определяет и вероятные пути распространения пожара, так как мощные восходящие тепловые потоки могут переносить искры, горящие угли и головни на значительное расстояние, создавая новые очаги горения. Выделяющиеся при пожаре продукты сгорания (дым) образуют зону задымления. В состав дыма обычно входят азот, кислород, оксид углерода, углекислый газ, пары воды, а также пепел и др. вещества. Многие продукты полного и неполного сгорания, входящие в состав дыма, обладают повышенной токсичностью, особенно токсичны продукты, образующиеся при горении полимеров. В некоторых случаях продукты неполного сгорания, например, оксид углерода, могут образовывать с кислородом горючие и взрывоопасные смеси.

Как правило, люди при пожаре гибнут именно от дыма (продуктов горения), а не собственно от огня [10].

2.4 Воспламенение

Температура воспламенения -- наименьшая температура вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение [7].

Воспламенение -- пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления, то есть возникает устойчивое горение.

Воспламенение, начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника, приводит к резкому ускорению химической реакции из-за прогрессивного накопления тепла (тепловое воспламенение) или активных промежутков веществ (цепное воспламенение).

Возможны два предельных режима теплового воспламенения:

самовоспламенение, при котором подводимое тепло успевает равномерно распределиться по всему реакционному объему;

ускорение реакции начинается в центре этого объема, где условия теплоотвода наихудшие;

зажигание, которое происходит при столь интенсивном прогреве системы от внеш. источника, что подводимое тепло не успевает равномерно распределиться по всему объему и ускорение реакции начинается в поверхностных слоях вещества. Самовоспламенение обычно приводит к объемному горению, зажигание - к волне горения. Аналогичные предельные режимы можно выделить и при цепном воспламенении.

Тепловое самовоспламенение характерно для реакций с сильной зависимостью скорости от температуры, и значит, тепловым эффектом. Выделяемое в ходе радиации тепло частично рассеивается в окружающую среду путем теплоотвода, частично остается в системе. Если тепловыделение больше теплоотвода, температура системы прогрессивно повышается, что приводит к очень быстрому химическому превращению всего исходного вещества. Поэтому часто вместо термина "самовоспламенение" употребляют термин "тепловой взрыв".

Для теплового самовоспламенения существуют так названные критические параметры системы (свойства исходного вещества, размеры реакционного сосуда, характеристики теплообмена с окружающей средой и другие), при незначительном изменении которых обычные скорости реакции резко, скачком увеличиваются до взрывных. Чаще всего тепловое самовоспламенение определяется критической температурой или критическим размером сосуда при фиксированных значениях остальных параметров. Важная характеристика теплового самовоспламенения - время индукции (tинд), в течение которого температура достигает очень больших значений, а скорость реакции становится максимальной. В случаях, когда скорость тепловыделения намного превосходит скорость теплоотвода (адиабатические условия теплового самовоспламенения), tинд минимально.

Тепловое самовоспламенение при равномерном распределении температуры в реакционном объеме описывается теорией H. H. Семенова. Для реакции нулевого порядка с энергией активации ?, предэкспоненциальным множителем k0 и тепловым эффектом на единицу объема Q соотношение между кол-вом накапливающейся в системе теплоты и т-рой Т представляют в виде диаграммы (рис.). Скорость тепловыделения описывается кривой

а скорость теплоотвода - прямой

гдекоэффициент теплоотдачи, 5 и К-соотв. площадь поверхности и объем реакции сосуда, Т0-т-ра окружающей среды, R-газовая постоянная. Если условия теплообмена между системой и средой таковы, что температура окружающей среды Т'о и линия пересекает линию, в системе устанавливается постоянная температура T1, соответствующая обычным скоростям реакции, т. е. тепловое самовоспламенение не наступает. Если же при любой т-ре теплоотвод меньше тепловыделения (прямая, Т0 = = T"о), происходит тепловое самовоспламенение. Критическое условие определяется касанием линий и выражается т. наз. критерием Семенова:

Рис. 1 - Диаграмма Семенова

При Se < 1/е теплового самовоспламенения не происходит; при Se > 1/е реакция протекает с самоускорением. Т. обр., Se* = 1/е - критическое значение Se для реакции нулевого порядка. Макс. разогрев системы, соответствующий критическим условиям, равен:

Т* - Т*o = R(Т*o)2

где Т*-температура, при которой тепловыделение равно теплоотводу, а Т*o-критическая температура окружающей среды.

Теория Семенова хорошо описывает тепловое самовоспламенение в жидких ВВ при перемешивании, а также в других конденсированных системах при слабом теплообмене с окружающей средой. Если теплообмен осуществляется лишь посредством теплопроводности, критическое условие теплового самовоспламенения определяется т. наз. критерием Франк-Каменецкого:

где-коэффициент теплопроводности. Критическое значение Fк* зависит от геометрической формы реакции сосуда и кинетических особенностей реакции. В случае реакции нулевого порядка Fк* равно 0,88 для плоского реактора, 2,00 для бесконечного цилиндра и 3,32 для сферы.

Если до некоторой высокой температуры Точ нагрето не все в-во, а только его часть (очаг) с характерным размером rоч, возникает т. наз. очаговое самовоспламенение. Соответствующее значение FK* зависит от величины, которая называется температурным напором очага:

где Тн-температура "холодной" части вещества в начальный момент времени. Для сферического очага при реакции нулевого порядка

В газообразных и жидких ВВ вследствие предвзрывного разогрева возникает свободная конвекция, которая увеличивает теплоотвод, приводя к увеличению Fл* и tинд.

Цепное самовоспламенение наблюдается в газовых системах при разветвленных цепных реакциях (напр., окислении Н2, РН3, СО, Р, разложении NC13, мн. реакциях фторирования). Для таких реакций концентрация активных центров (свободных радикалов) п изменяется во времени:

где w0,и f-константы скорости соответствующего зарождения, обрыва и разветвления цепи. При f< устанавливается стационарная концентрация п и реакция протекает с малой скоростью. При f> п экспоненциально растет и реакция прогрессивно самоускоряется. Критическое условие: f=. Константы f и зависят от Т и давления р, формы и размеров реакционного сосуда, состояния его внутренней поверхности и другое.

Зажигание. Происходит в результате нагревания вещества от высокотемпературного источника тепла - накаленного тела, пламени, электрической искры и другое. При этом реакция может ускоряться как по тепловому, так и по цепному механизму. Тепловой механизм зажигания наиболее изучен.

Различают три стадии этого процесса:

1) в веществе создается прогретый слой в основном благодаря теплу от источника; тепловыделение вследствие хим. реакции несущественно;

2) определяющее значение приобретает тепловыделение вследствие реакции, и происходит "срыв температуры", т. е. прогрессивный саморазогрев прогретого слоя; по моменту срыва температуры обычно фиксируют так называемое время задержки зажигания t3;

3) прогреваются соседние с прогретым слои вещества, также в основном вследствие тепловыделения в процессе реакции, и формируется волна горения.

Если тепловой поток от источника настолько интенсивен, что внеш. слои вещества выжигаются, процесс затухает и зажигания не происходит. Если же от источника поступает ограниченное количество тепла (в случаях импульсного подвода тепла, нагревания от накаленного тела конечных размеров, значительных теплопотерь в реагирующей системе), зажигание происходит лишь при определенных критических условиях. Величина t3 определяется теплофизическими параметрами источника, его геометрической формой и временем воздействия, свойствами системы (теплопроводностью, плотностью, теплоемкостью и др.), а также характеристиками реакции - энергией активации, предэкспоненциальным множителем, тепловым эффектом. Если в-во находится в жидкой или газовой фазе, важны также гидро - и газодинамические факторы. Простейший теоретический случай - зажигание накаленной плоской поверхностью ("стенкой") с постоянной температурой TS неподвижного вещества, занимающего объем полубесконечной протяженности. При этом t3 зависит от начального перепада температур.

горение взрыв вспышка зажигание

Если ТS меньше термодинамические температуры горения TГ, общее время выхода на стационарный режим зажигания определяется в основном временем прогрева вещества, в течение которого его выгорание незначительно; при этом срыв температуры происходит на некотором расстоянии от поверхности. При TS > ТГ вещество выгорает вблизи стенки практически мгновенно [8].



2.5 Самовозгорание

Самовозгорание - возникновение горения в результате самонагревания горючих твердых материалов, вызванного самоускорением в них экзотермических реакций. Самовозгорание происходит из-за того, что тепловыделение в ходе реакций больше тепло-отвода в окружающую среду.

Начало самовозгорания характеризуется температурой самонагревания (Tсн), представляющей собой минимальную в условиях опыта температуру, при к-рой обнаруживается тепловыделение.

При достижении в процессе самонагревания определенной температуры, называют температурой самовозгорания (Tсвоз), возникает горение материала, проявляющееся либо тлением, либо пламенным горением. В последнем случае Tсвоз адекватна температуре самовоспламенения (Tсв), под к-рым в пожарном деле понимают возникновение горения газов и жидкостей при нагревании до некоторой критической температуры. В принципе самовозгорание и самовоспламенение по физической сущности сходны и различаются лишь видом горения, самовоспламенение возникает только в виде пламенного горения.

В случае самовоспламенения самонагревание (предвзрывной разогрев; см. Воспламенение) развивается в пределах всего нескольких градусов и поэтому не учитывается при оценке пожаровзрывоопасности газов и жидкостей. При самовозгорании область самонагревания может достигать нескольких сотен градусов (напр., для торфа от 70 до 225 °С). Вследствие этого явление самонагревания всегда учитывается при определении склонности твердых веществ к самовозгоранию.

Самовозгорание изучают путем термостатирования исследуемого материала при заданной т-ре и установления зависимости между температурой, при которой возникает горение, размерами образца и временем его нагрева в термостате.

Процессы, происходящие при самовозгорании образцов горючего материала, изображены на рисунке. При температурах до Tсн (например, T1) материал нагревается без изменений (тепловыделение отсутствует). При достижении Tсн в материале происходят экзотермические реакции. Последние в зависимости от условий накопления теплоты (масса материала, плотность упаковки его атомов и молекул, продолжительность процесса и т. д.) могут после периода небольшого самонагревания по исчерпании способных саморазогреваться компонентов материала завершиться охлаждением образца до начальной темпеоатуры термостата (кривая 1) либо продолжать самонагреваться вплоть до Tсвоз (кривая 2). Область между Тсн и Tсвоз потенциально пожароопасна, ниже Tсн-безопасна.

Рис. 2 - Изменение температуры Т во времени т в термостатированных образцах горючего материала

Возможность самовозгорания материала, находящегося в потенциально пожароопасной области, устанавливают с помощью уравнений:

где Tокр-температура окружающей среды, °С; l-определяющий размер (обычно толщина) материала; т-время, в течение которого может произойти самовозгорание; A1, n1 и А2, n2-коэф., определяемые для каждого материала по опытным данным (см. табл.).

По уравнению (1) при заданном l находят Tокр, при к-рой может возникнуть самовозгорание данного материала, по уравнению (2)-при известной Токр величину т. При т-ре, ниже вычисленной Tокр, или при т, меньшем, чем время, рассчитанное по уравнению (2), самовозгорание не произойдет.

В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, и значений Tсн различают химическое, микробиологическое и тепловое самовозгорание.

К химическому самовозгоранию относятся экзотермическое взаимодействие веществ (например, при попадании концетрата HNО3 на бумагу, древесные опилки и др.). Наиболее типичный и распространенный пример такого процесса-самовозгорание промасленной ветоши или иных волокнистых материалов с развитой поверхностью. Особенно опасны масла, содержащие соединения с ненасыщенными химическими связями и характеризующиеся высоким йодным числом (хлопковое, подсолнечное, джутовое и т. д.).

К явлениям химического самовозгорания относится также загорание ряда веществ (например, мелкораздробленные А1 и Fe, гидриды Si, В и некоторых металлов, металлоорганические соединения-алюминий органические и др.) при контакте их с воздухом в отсутствие нагрева. Способность веществ к самовозгоранию в таких условиях называется пирофорностью. Особенность пирофорных в-в заключается в том, что их Tсвоз (или Tсв) ниже комнатной т-ры: - 200°С для SiH4, -- 80 °С для А1(С2Н5)3. Для предупреждения химического самовозгорания порядок совместного хранения горючих веществ и материалов строго регламентирован.

Склонностью к микробиологическому самовозгоранию обладают горючие материалы, особенно увлажненные, служащие пи-тат. средой для микроорганизмов, жизнедеятельность которых связана с выделением теплоты (торф, древесные опилки и др.). По этой причине большое число пожаров и взрывов происходит при хранении сельскохозяйственных продуктов (например, силос, увлажненное сено) в элеваторах. Для микробиологического и химического самовозгорания характерно то, что Tсн не превышает-обычных значений Токр и может быть отрицательной. Материалы, имеющие Tсн выше комнатной температуры, способны к тепловому самовозгоранию.

Вообще склонностью ко всем видам самовозгорания обладают мн. твердые материалы с развитой поверхностью (например, волокнистые), а также некоторые жидкие и плавящиеся вещества, содержащие в своем составе непредельные соединения, нанесенные на развитую (в том числе негорючую) поверхность. Расчет критических условий для химического, микробиологического и теплового самовозгорания осуществляется по уравнениям (1) и (2). Методы экспериментального определения Тсн и Tсвоз и условий самовозгорания изложены в специальном стандарте.

2.6 Самовоспламенение

Самовоспламенение -- резкое самоускорение экзотермических химических реакций, начальная стадия горения. Происходит при определенных (критических) условиях (температура, размеры реакционного сосуда и другие) из-за того, что тепловыделение в ходе реакции больше теплоотвода в окружающую среду.

Температура самовоспламенения -- наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва. Эта температура требуется для достижения энергии активации реакции горения.

Из-за сложностей прямого измерения температуры самовоспламенения газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают самовоспламенение. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ, электрического и технологического оборудования, а также для установления группы взрывоопасной смеси. Для измерения температуры самовоспламенения жидкостей используют метод ASTM E 659.

По данным ГОСТ Р 51330.19-99 Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования Силан: < 21,23 °C (70 °F); Белый фосфор: 34 °C (93 °F); Сероуглерод: 100 °C (212 °F); Бензин: 257 °C (495 °F); Ацетилен: 335 °C; Бутан: 372 °C (702 °F); Магний: 473 °C (883 °F); Водород: 536 °C (997 °F); Полистирол: 440 °C (824 °F).

В отличие от остальных веществ, температура воспламенения которых не меняется, у бензина эта величина будет меняться в зависимости от углеводородного состава [10].

2.7 Взрыв

Взрыв -- быстропротекающий физический или физико-химический процесс, проходящий со значительным выделением энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени и приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду вследствие высокоскоростного расширения продуктов взрыва [10].

Дефлаграционный взрыв -- энерговыделение в объёме облака горючих газообразных смесей и аэрозолей при распространении экзотермической химической реакции с дозвуковой скоростью.

Детонационный взрыв -- взрыв, при котором воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходит в результате сжатия и нагрева ударной волной, характеризующейся тем, что ударная волна и зона химической реакции следуют неразрывно друг за другом с постоянной сверхзвуковой скоростью.

Химический взрыв неконденсированных веществ от горения отличается тем, что горение происходит, когда горючая смесь образуется в процессе самого горения.

Продукты взрыва обычно являются газами с высокими давлением и температурой, которые, расширяясь, способны совершать механическую работу и вызывать разрушения других объектов. В продуктах взрыва помимо газов могут содержаться и твёрдые высокодисперсные частицы. Разрушительное действие взрыва вызвано высоким давлением и образованием ударной волны. Действие взрыва может быть усилено кумулятивными эффектами.

По происхождению выделившейся энергии различают следующие типы взрывов:

Химические взрывы взрывчатых веществ -- за счёт энергии химических связей исходных веществ. Взрывы ёмкостей под давлением (газовые баллоны, паровые котлы, трубопроводы) -- за счет энергии сжатого газа или перегретой жидкости. К ним, в частности, относятся:

- Взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости (BLEVE).

-Взрывы при сбросе давления в перегретых жидкостях.

-Взрывы при смешивании двух жидкостей, температура одной из которых намного превышает температуру кипения другой.

-Ядерные взрывы -- за счет энергии, высвобождающейся в ядерных реакциях. Электрические взрывы (например, при грозе). Вулканические взрывы. Взрывы при столкновении космических тел, например, при падении метеоритов на поверхность планеты.

Взрывы, вызванные гравитационным коллапсом (взрывы сверхновых звёзд и др.).

Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в виде детонации или дефлаграции (медленного горения). Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при медленном горении. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы горения в детонацию и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.

Существует более жёсткий подход к определению химического взрыва как исключительно детонационному. Из этого условия с необходимостью следует, что при химическом взрыве, сопровождаемом окислительно-восстановительной реакцией (сгоранием), сгорающее вещество и окислитель должны быть перемешаны, иначе скорость реакции будет ограничена скоростью процесса доставки окислителя, а этот процесс, как правило, имеет диффузионный характер. Например, природный газ медленно горит в горелках домашних кухонных плит, поскольку кислород медленно попадает в область горения путём диффузии. Однако, если перемешать газ с воздухом, он взорвётся от небольшой искры -- объёмный взрыв. Существуют очень немногие примеры химических взрывов, не имеющих своей причиной окисление/восстановление, например реакция мелкодисперсного оксида фосфора(V) с водой, но её можно рассматривать и как паровой взрыв.

Индивидуальные взрывчатые вещества, как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул. Это метастабильные вещества, которые способны храниться более или менее долгое время при нормальных условиях. Однако при инициировании взрыва веществу передаётся достаточная энергия для самопроизвольного распространения волны горения или детонации, захватывающей всю массу вещества. Подобными свойствами обладают нитроглицерин, тринитротолуол и другие вещества. Бездымные пороха и чёрный порох, который состоит из механической смеси угля, серы и селитры, в обычных условиях не способны к детонации, но их традиционно также относят к взрывчатым веществам.

Ядерный взрыв -- это неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучевой энергии в результате цепной ядерной реакции расщепления атома или реакции термоядерного синтеза. Искусственные ядерные взрывы в основном используются в качестве мощнейшего оружия, предназначенного для уничтожения крупных объектов и скоплений.

Технологии на основе взрывных процессов применяются в военном деле, на взрыве основано действие боеприпасов.

Мирные технологии включают в себя разрушение конструкций направленным взрывом, сварку взрывом, взрывной синтез материалов и др.



Заключение

Рассмотрев понятие и классификацию горения, удалось выделить такие виды, как: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв.

Горение - весьма обширное понятие, зачастую подразумевается сразу пожар.

Однако, выделив отдельно каждый вид горения можно заметить отличия каждого.



Список использованных источников и литературы

1. Газодинамика горения. -- М.: Изд-во Моск. ун-та., 1987. -- С. 165. -- 307 с.

2. Горение // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / гл. ред.. -- 3-е изд. -- М.: Советская энциклопедия, 1969--1978.

3. Горение. Химическая энциклопедия.

4. Key World Energy Statistics. -- International Energy Agency (IEA), 2012. -- P. 6. -- 80 p.

5. International Energy Outlook 2013 with Projections to 2040 (англ.) 1. U. S. Energy Information Administration (EIA)

6. Mallard E., Le Chatelier H. L. Thermal model for flame propagation // Annals of Mines. -- 1883. -- Vol. 4. -- P. 379

7. Современное состояние тепловой теории зажигания, М., 1970

8. Теория зажигания конденсированных веществ, Новосиб., 1984.

9. История развития знаний о горении// http://koi. tspu. ru/koi_books/arhipov/1str2.htm

Размещено на Allbest.ru